JP6237641B2 - Membrane switch and article using the same - Google Patents
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Description
本発明は、シート状を呈するスイッチであるメンブレンスイッチおよびそれの用途に関するものである。 The present invention relates to a membrane switch, which is a sheet-like switch, and its use.
メンブレンスイッチは、2枚の基板にそれぞれ導体部(スイッチの接点となる導電性材料からなる部分)を設け、それら導体部が対向するようにかつ導体部同士の間に空隙が確保されるようにスペーサーを介在させて、基板同士を積層したシート状のスイッチである(特許文献1)。 The membrane switch is provided with conductor parts (parts made of conductive material that serves as contact points for the switches) on each of the two substrates so that the conductor parts face each other and a gap is secured between the conductor parts. This is a sheet-like switch in which substrates are stacked with a spacer interposed (Patent Document 1).
図10は、従来のメンブレンスイッチの1つのスイッチ部分を拡大しその構造を模式的に示した断面図である。同図に示すように、2枚の基板100、200のそれぞれに接点となる導体部110、210が形成され、それら導体部110、210が互いに所定の間隔sをおいて対向するようにスペーサー300が介在している。
図10(a)の態様では、スペーサー300に設けられた貫通孔310の開口面積よりも導体部110、210の面積の方が大きいので、導体部110、210の外周縁がスペーサーの貫通孔の開口部からはみ出している。図10(a)では説明のために導体部を厚く描いているが、実際には導体部は薄く、組み立ての際にスペーサーが導体部によって大きく圧縮されるようなことはない。一方、図10(b)の態様では、スペーサー300に設けられた貫通孔310の開口面積よりも導体部110、210の面積の方が小さく、導体部110、210はスペーサーの貫通孔内に収まって対向している。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an enlarged one switch portion of a conventional membrane switch. As shown in the figure,
In the embodiment of FIG. 10A, the area of the
メンブレンスイッチにおいて対向する導体部110、210のうちの少なくとも一方は、基板の弾性によって可動(他方の導体部の方へ変位し接触し復帰することが可能)になっている。よって、図10の太い矢印のように、可動な導体部側の基板を外側から押圧すると2つの導体部110、210が接触して導通し、押圧を解放すると接触が解除されて、オンとオフの信号を得ることができる。
At least one of the
メンブレンスイッチは、構造が単純であるため安価に製造でき、オンとオフの動作の信頼性も高いので、携帯電話やパーソナルコンピューターのキーボード、家庭用電化製品のスイッチ、リモートコントローラーのスイッチなど広い分野で多く利用されている。 Membrane switches have a simple structure and can be manufactured at low cost, and they have high reliability of on / off operation, so they can be used in a wide range of fields, such as mobile phone and personal computer keyboards, home appliance switches, and remote controller switches. Many are used.
本発明者らは、上記のような従来のメンブレンスイッチの構造と機能を詳細に検討し、従来のメンブレンスイッチが、単純にオン(閉)とオフ(開)の信号しか得られない点に着目した。そして、外部から加えられる圧力の大きさに応じて、オンとオフだけではない、外部から加えられる圧力の大きさに応じた信号を出力することが可能な新たな構造をメンブレンスイッチに付与し、その用途をより広げるべきであることを問題として取り上げた。 The present inventors have studied in detail the structure and function of the conventional membrane switch as described above, and focus on the fact that the conventional membrane switch can simply obtain on (closed) and off (open) signals. did. And according to the magnitude of the pressure applied from the outside, not only on and off, but a new structure capable of outputting a signal according to the magnitude of the pressure applied from the outside is given to the membrane switch, It was taken up as a problem that the use should be expanded more.
本発明の課題は、外部から加えられる圧力の大きさに応じた信号を得ることが可能な新たな構造を持ったメンブレンスイッチとその用途を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a membrane switch having a new structure capable of obtaining a signal corresponding to the magnitude of pressure applied from the outside, and its application.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、従来のメンブレンスイッチの構造において、所定の隙間をおいて対向している接点同士の間の該隙間に圧電性を示す有機材料を配置(充填でも空隙を有する配置でもよい)すれば、外部から加えられる圧力に応じた信号が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have, as a result of the conventional membrane switch structure, an organic material exhibiting piezoelectricity in the gap between the contacts facing each other with a predetermined gap. It is found that a signal corresponding to the pressure applied from the outside can be obtained by arranging (which may be filled or having a void), and the present invention has been completed.
本発明はすなわち、以下を提供する。
[1] 第1の基板上に第1の導体部が設けられ、第2の基板上に第2の導体部が設けられ、前記導体部同士が互いに隙間をおいて対向するように、第1の基板と第2の基板とがスペーサーを介して積層された構造を有し、
前記隙間に、圧電性を示す有機材料が充填されているか、または、
前記隙間に、圧電性を示す有機材料が、該有機材料と一方の導体部との間に空隙が存在するように配置されている、
メンブレンスイッチ。
[2] 第1の基板上に第1の導体部が所定の配列パターンにて複数設けられ、第2の基板上に第2の導体部が前記配列パターンに対応する配列パターンにて複数設けられ、
前記複数の導体部同士が互いに隙間をおいて対向し複数の導体部対が配列された構造となるように、第1の基板と第2の基板とがスペーサーを介して積層されており、各導体部対の導体部同士の間の隙間に圧電性を示す有機材料が充填されているかまたは空隙が存在するように配置されている、上記[1]に記載のメンブレンスイッチ。
[3] 導体部同士の間の隙間が、スペーサーによって外周を囲まれている、上記[1]または[2]に記載のメンブレンスイッチ。
[4] 前記スペーサーの厚さを有しかつ該スペーサーの材料からなるフィルムに対する打ち抜き加工によって、前記スペーサーが形成されたものである、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[5] 前記スペーサーが、第1の基板の主面および第2の基板の主面のうちの一方または両方に、絶縁材料を塗工することによって形成されたものである、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[6] 第1の基板および第2の基板のうちの一方または両方の材料と、スペーサの材料とが、同じ絶縁材料である、上記[5]記載のメンブレンスイッチ。
[7] 圧電性を示す有機材料が、
(a)自体圧電性を有する有機圧電体、
(b)自体が圧電性を有する有機圧電体を母材とし、その内部に自体が圧電性を有する他の材料からなるフィラーが分散することによって、全体として該母材自体の圧電性とは異なる圧電性を示す有機材料となっている複合材料、または、
(c)圧電性を有しない有機材料を母材としその内部に自体が圧電性を有する材料からなるフィラーが分散することによって、全体として圧電性を示す有機材料となっている複合材料
から選択される1種以上のものである、上記[1]〜[6]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[8] 圧電性を示す有機材料がポリアミノ酸である、上記[1]〜[6]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[9] ポリアミノ酸が、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、シスチン、システイン、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、オルニチン、セリン、スレオニン、トリプトファン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびその誘導体から選択される1種または2種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である、上記[8]記載のメンブレンスイッチ。
[10] ポリアミノ酸が、
下記の式(I)で表される単位、
下記の式(II)で表される単位、
下記の式(III)で表される単位、
下記の式(IV)で表される単位、および
下記の式(V)で表される単位
から選択される1種または2種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である、上記[8]記載のメンブレンスイッチ。
式(I):
式(II):
式(III):
式(IV):
式(V):
[11] ポリα−アミノ酸が、
(A)式(I)で表される1種以上の単位と、
(B)式(II)で表される単位、式(III)で表される単位および式(IV)で表される単位から選択される1種以上の単位と
を含有するポリα−アミノ酸である、上記[10]記載のメンブレンスイッチ。
[12] R2がC6〜C16非置換アルキル基、または、水素原子の一部もしくは全部がフッ素原子もしくはノルボルニル基で置換されたC1〜C6置換アルキル基である、上記[10]または[11]記載のメンブレンスイッチ。
[13] R2がn−ヘキシル基、n−ドデシル基、2−ノルボニルメチル基または2,2,2−トリフルオロエチル基である、上記[10]または[11]記載のメンブレンスイッチ。
[14] R3がメチル基または−(CH2)4−NHX基(但し、Xはベンジルオキシカルボニル基を表す)である、上記[10]〜[13]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[15] R4がC1〜C6アルコキシ基、水素原子の一部もしくは全部がフッ素原子で置換されたC1〜C12アルキル基、または、C3〜C9アルキルカルボニル基である、上記[10]〜[14]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[16] R4がメトキシ基、ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、トリフルオロメチル基、またはn−ヘキシルカルボニル基である、上記[10]〜[14]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[17] R5が水素原子、4−アミノブチル基、4−ヒドロキシベンジル基、アミノカルボニルエチル基、または−(CH2)3−NH-C(NH2)=NHである、上記[10]〜[16]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[18] ポリアミノ酸が、グルタミン酸、アスパラギン酸、リジンならびにその誘導体から選択される1種または2種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である、上記[10]記載のメンブレンスイッチ。
[19] ポリアミノ酸が、グルタミン酸メチルエステル、グルタミン酸ベンジルエステル、アスパラギン酸ベンジルエステル、Nε-カルボベンゾキシ-L-リジンから選択される1種または2種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である、上記[10]記載のメンブレンスイッチ。
[20] ポリα−アミノ酸が、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ドデシル−L−グルタミン酸共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−ドデシル−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−2,2,2−トリフルオロエチル−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−2−ノルボルニルメチル−L−グルタミン酸共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−2−ノルボルニルメチル−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(6−(p−メトキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(6−(p−ヘキシルカルボニルフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(10−(p−メトキシフェノキシ)−1−デシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(6−(p−ブトキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(6−(p−ヘキシルオキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−(6−(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸/L−フェニルアラニン共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/L−フェニルアラニン共重合体、およびγ−ベンジル−L−グルタミン酸/L−アラニン共重合体から選択される1種以上である、上記[10]記載のメンブレンスイッチ。
[21] ポリα−アミノ酸がランダム共重合体である、上記[11]〜[20]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[22] ポリα−アミノ酸がブロック共重合体である、上記[11]〜[20]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[23] ポリα−アミノ酸の重量平均分子量(Mw)が1,000〜5,000,000であることを特徴とする、上記[10]〜[22]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[24] 導体部同士の間の隙間に充填または空隙が存在するように配置されている有機材料に対し、該導体部同士の間での電圧印加による分極処理が施された、上記[1]〜[23]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[25] 第1の基板および第2の基板のいずれか一方または両方が、可とう性を有する材料によって形成されたフレキシブル基板である、上記[1]〜[24]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[26] 第1の基板、第2の基板、および、スペーサーが可とう性を有する材料によって形成されたものであり、当該メンブレンスイッチ全体が可とう性を有するものである、上記[1]〜[24]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[27] 第1の基板とスペーサーとの間、および、第2の基板とスペーサーとの間の、いずれか一方または両方に、接着剤層が介在している、上記[1]〜[24]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[28] 導体部同士の間の隙間に充填または空隙が存在するように配置されている有機材料と、該導体部との間に、接着剤層が介在している、上記[1]〜[27]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[29] 第1の導体部、第2の導体部、および、それら導体部に接続された配線回路が、第1、第2の基板面に対する印刷によって形成されたものである、上記[1]〜[28]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチ。
[30] 上記[1]〜[29]のいずれか一つに記載のメンブレンスイッチが、圧力を受ける物品の表層に沿って配置され、それによって、受ける圧力に応じた信号を発する機能が付与されている、前記物品。That is, the present invention provides the following.
[1] The first conductor portion is provided on the first substrate, the second conductor portion is provided on the second substrate, and the conductor portions are opposed to each other with a gap therebetween. The substrate and the second substrate are laminated via a spacer,
The gap is filled with an organic material exhibiting piezoelectricity, or
In the gap, an organic material exhibiting piezoelectricity is disposed such that a gap exists between the organic material and one conductor portion.
Membrane switch.
[2] A plurality of first conductor portions are provided in a predetermined arrangement pattern on the first substrate, and a plurality of second conductor portions are provided in an arrangement pattern corresponding to the arrangement pattern on the second substrate. ,
The first substrate and the second substrate are laminated via a spacer so that the plurality of conductor portions face each other with a gap and a plurality of conductor portion pairs are arranged, The membrane switch according to the above [1], wherein the gap between the conductor portions of the conductor portion pair is filled with an organic material exhibiting piezoelectricity or disposed so that a gap exists.
[3] The membrane switch according to [1] or [2], wherein a gap between the conductor portions is surrounded by a spacer.
[4] The device according to any one of [1] to [3], wherein the spacer is formed by punching a film having a thickness of the spacer and made of a material of the spacer. Membrane switch.
[5] The above [1] to [1], wherein the spacer is formed by applying an insulating material to one or both of the main surface of the first substrate and the main surface of the second substrate. The membrane switch according to any one of [3].
[6] The membrane switch according to [5] above, wherein the material of one or both of the first substrate and the second substrate and the material of the spacer are the same insulating material.
[7] An organic material exhibiting piezoelectricity is
(A) an organic piezoelectric body having piezoelectricity itself,
(B) By using an organic piezoelectric body having piezoelectricity as a base material, and fillers made of other materials having the piezoelectricity itself dispersed therein, the piezoelectricity of the base material itself is different as a whole. Composite materials that are organic materials that exhibit piezoelectricity, or
(C) An organic material having no piezoelectricity is used as a base material, and a filler made of a material having piezoelectricity is dispersed therein, so that it is selected from composite materials that are organic materials that exhibit piezoelectricity as a whole. The membrane switch according to any one of [1] to [6], which is one or more types.
[8] The membrane switch according to any one of [1] to [6], wherein the organic material exhibiting piezoelectricity is a polyamino acid.
[9] The polyamino acid is glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, arginine, asparagine, aspartic acid, cystine, cysteine, glutamine, glutamic acid, histidine, lysine, ornithine, serine, threonine, tryptophan, methionine, phenylalanine, tyrosine and The membrane switch according to [8] above, which is a poly α-amino acid containing one or more units selected from the derivatives.
[10] The polyamino acid is
A unit represented by the following formula (I):
A unit represented by the following formula (II):
A unit represented by the following formula (III):
[8] The poly [alpha] -amino acid containing a unit represented by the following formula (IV) and one or more units selected from the unit represented by the following formula (V) The described membrane switch.
Formula (I):
Formula (II):
Formula (III):
Formula (IV):
Formula (V):
[11] The poly α-amino acid is
(A) one or more units represented by formula (I);
(B) a poly α-amino acid containing a unit represented by formula (II), a unit represented by formula (III), and one or more units selected from units represented by formula (IV) A membrane switch according to [10] above.
[12] The above [10], wherein R 2 is a C 6 -C 16 unsubstituted alkyl group, or a C 1 -C 6 substituted alkyl group in which a part or all of hydrogen atoms are substituted with a fluorine atom or a norbornyl group. Or the membrane switch of [11] description.
[13] The membrane switch according to the above [10] or [11], wherein R 2 is an n-hexyl group, an n-dodecyl group, a 2-norbornylmethyl group, or a 2,2,2-trifluoroethyl group.
[14] The membrane according to any one of [10] to [13], wherein R 3 is a methyl group or a — (CH 2 ) 4 —NHX group (where X represents a benzyloxycarbonyl group). switch.
[15] The above, wherein R 4 is a C 1 -C 6 alkoxy group, a C 1 -C 12 alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, or a C 3 -C 9 alkylcarbonyl group [10] The membrane switch according to any one of [14].
[16] The membrane switch according to any one of [10] to [14], wherein R 4 is a methoxy group, a butoxy group, a hexyloxy group, a trifluoromethyl group, or an n-hexylcarbonyl group.
[17] The above [10], wherein R 5 is a hydrogen atom, 4-aminobutyl group, 4-hydroxybenzyl group, aminocarbonylethyl group, or — (CH 2 ) 3 —NH—C (NH 2 ) ═NH. The membrane switch according to any one of to [16].
[18] The membrane switch according to [10] above, wherein the polyamino acid is a poly α-amino acid containing one or more units selected from glutamic acid, aspartic acid, lysine and derivatives thereof.
[19] The polyamino acid is a poly α-amino acid containing one or more units selected from glutamic acid methyl ester, glutamic acid benzyl ester, aspartic acid benzyl ester, and Nε-carbobenzoxy-L-lysine. The membrane switch according to [10] above.
[20] The poly α-amino acid is a γ-methyl-L-glutamic acid / γ-hexyl-L-glutamic acid copolymer, a γ-methyl-L-glutamic acid / γ-dodecyl-L-glutamic acid copolymer, or γ-benzyl. -L-glutamic acid / γ-dodecyl-L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ-2,2,2-trifluoroethyl-L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / Γ-2-norbornylmethyl-L-glutamic acid copolymer, γ-benzyl-L-glutamic acid / γ-2-norbornylmethyl-L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ -(6- (p-methoxyphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ- (6- (p-hexylcarbonyl) Enoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ- (10- (p-methoxyphenoxy) -1-decyl) -L-glutamic acid copolymer, γ-methyl -L-glutamic acid / γ- (6- (p-butoxyphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ- (6- (p-hexyloxyphenoxy)- 1-hexyl) -L-glutamic acid copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / γ- (6- (3,5-bis (trifluoromethyl) phenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid copolymer , .gamma.-methyl -L- glutamate / N epsilon - benzyloxycarbonyl -L- lysine copolymer, .gamma.-benzyl -L- glutamate / N epsilon - benzyloxycarbonyl -L Lysine copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid / L-phenylalanine copolymer, γ-benzyl-L-glutamic acid / L-phenylalanine copolymer, and γ-benzyl-L-glutamic acid / L-alanine copolymer The membrane switch according to [10] above, which is one or more selected from the group consisting of:
[21] The membrane switch according to any one of [11] to [20], wherein the poly α-amino acid is a random copolymer.
[22] The membrane switch according to any one of [11] to [20], wherein the poly α-amino acid is a block copolymer.
[23] The membrane switch according to any one of [10] to [22] above, wherein the poly α-amino acid has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 5,000,000. .
[24] The above-mentioned [1], wherein the organic material arranged so that the gap between the conductor portions is filled or the gap is present is subjected to polarization treatment by applying a voltage between the conductor portions. The membrane switch according to any one of to [23].
[25] Any one or both of the first substrate and the second substrate are flexible substrates formed of a flexible material, and are described in any one of [1] to [24] above. Membrane switch.
[26] The above [1] to [1], wherein the first substrate, the second substrate, and the spacer are formed of a flexible material, and the entire membrane switch has flexibility. [24] The membrane switch according to any one of [24].
[27] The above [1] to [24], wherein an adhesive layer is interposed between one or both of the first substrate and the spacer and between the second substrate and the spacer. The membrane switch as described in any one of.
[28] The above [1] to [1], wherein an adhesive layer is interposed between the organic material arranged so that a gap or a gap exists in the gap between the conductor portions and the conductor portion. 27]. The membrane switch according to any one of [27].
[29] The above [1], wherein the first conductor portion, the second conductor portion, and the wiring circuit connected to the conductor portions are formed by printing on the first and second substrate surfaces. The membrane switch according to any one of to [28].
[30] The membrane switch according to any one of the above [1] to [29] is disposed along a surface layer of an article that receives pressure, thereby providing a function of generating a signal corresponding to the received pressure. Said article.
本発明のメンブレンスイッチの一態様では、従来のメンブレンスイッチにおいて単なる空隙であった接点(導体部)間の隙間に、圧電性を示す有機材料(以下、単に有機材料ともいう)を充填している(図1の態様)。また、本発明のメンブレンスイッチの他の態様では、該有機材料と片側の導体部との間に空隙が存在するように、両導体部間に該有機材料を配置している(図5の態様)。これらの構造によって、メンブレンスイッチでありながら、両導体部を閉じる方向(第1、第2の基板の厚さ方向)に圧力が作用し、導体部間に充填または空隙が存在するように配置された該有機材料が圧縮されると、該有機材料に圧電性が発現しその圧力の大きさに応じた分極が生じる。即ち、該有機材料に変形が生じた場合、圧電効果により該有機材料の両端には電荷が発生する。よって、発生した電荷を導体部を通じて電気信号として取り出すことができる。即ち、導体部に流れ込む(または導体部から流れ出す)微量な電流の変化、導体部間の電圧の変化、導体部間の静電容量の変化など、導体部間の電気的な特性の変化を計測することによって、圧力が作用していないオフの状態、および、圧力が作用した状態を示す電圧値、電流値、その他のパラメータや信号を、圧力に応じて多段階で(または無段階で)それぞれ得ることが可能になる。 In one aspect of the membrane switch of the present invention, a gap between contact points (conductor portions), which is a simple gap in a conventional membrane switch, is filled with an organic material exhibiting piezoelectricity (hereinafter also simply referred to as an organic material). (Aspect of FIG. 1). Further, in another aspect of the membrane switch of the present invention, the organic material is disposed between the two conductor portions so that a gap exists between the organic material and the conductor portion on one side (the embodiment of FIG. 5). ). These structures are arranged so that pressure is applied in the direction of closing both conductor parts (thickness direction of the first and second substrates) and there is a filling or gap between the conductor parts even though it is a membrane switch. Further, when the organic material is compressed, piezoelectricity is developed in the organic material and polarization corresponding to the magnitude of the pressure occurs. That is, when the organic material is deformed, electric charges are generated at both ends of the organic material due to the piezoelectric effect. Therefore, the generated electric charge can be taken out as an electric signal through the conductor portion. In other words, changes in electrical characteristics between conductors, such as small changes in current flowing into (or out of) conductors, changes in voltage between conductors, and changes in capacitance between conductors, are measured. By doing so, the voltage value, current value, and other parameters and signals that indicate the off-state in which pressure is not applied and the state in which pressure is applied are displayed in multiple steps (or steplessly) depending on the pressure. It becomes possible to obtain.
また、第1、第2の基板としてより大面積のものを用い、両基板面上に所定の配列パターンにて複数の導体部を配置し、両基板面上の各導体部を基板間で対応させて、複数の導体部対が1つの平面上に配列されたアレイ構造を形成し、それぞれの導体部対の隙間に圧電性を示す有機材料を充填または空隙が存在するように配置することによって、各接点に作用する圧力や荷重を別々に感知し、面内における圧力や荷重の分布を簡単な構造で知ることができる。
さらに、第1、第2の基板として可とう性を有する基板(フレキシブル基板)を用いれば、当該メンブレンスイッチ全体が可とう性を有するシート状物となり、種々の物品の表層に自由に湾曲させながら沿わせて配置することも可能になる。これによって、ベッドやマットなど、荷重を受けて湾曲する構造体や、自動車などの車両の座席などの曲面などへも容易に装着でき、加えられる圧力に応じて信号を発する機能をそれらの物品に付与することができる。
尚、図5に示すように、片側の導体部1aと有機材料4との間に空隙s1を設ける場合、該導体部1aが該空隙s1の分だけ変位した後で有機材料4を押すことになる。Also, the first and second substrates having larger areas are used, a plurality of conductor portions are arranged in a predetermined arrangement pattern on both substrate surfaces, and each conductor portion on both substrate surfaces is handled between the substrates. By forming an array structure in which a plurality of conductor part pairs are arranged on one plane and filling the gaps between the respective conductor part pairs with an organic material exhibiting piezoelectricity or with an air gap between them The pressure and load acting on each contact can be sensed separately, and the distribution of pressure and load in the surface can be known with a simple structure.
Furthermore, if flexible substrates (flexible substrates) are used as the first and second substrates, the entire membrane switch becomes a flexible sheet-like material, while freely bending the surface layers of various articles. It is also possible to arrange them along. This makes it possible to easily attach to curved structures such as beds and mats, such as beds and mats, and curved surfaces such as seats of vehicles such as automobiles, and to give these articles the function of generating signals in response to applied pressure. Can be granted.
As shown in FIG. 5, when the gap s1 is provided between the conductor portion 1a on one side and the
以下、本発明をその好適な実施形態に即して説明する。
本発明のメンブレンスイッチは、図1(a)〜(c)、図5(a)〜(c)に構造例を示すように、第1の基板1の主面に第1の導体部1aが設けられ、第2の基板2の主面に第2の導体部2aが設けられ、これら導体部(1a、2a)同士が互いに隙間をおいて対向するように、第1の基板1と第2の基板2とがスペーサー3を介して積層された構造となっている。
本発明では、このスイッチ構造における導体部(1a、2a)同士の間の隙間に、図1に構造例を示すように、圧電性を示す有機材料4が充填されているか、または、図5に構造例を示すように、該圧電性を示す有機材料4が、片側の導体部(図では上側の導体部2a)と該有機材料4との間に空隙s1が残るように配置されている。
この独自の構造によって、図2にブロック図として使用方法を例示するように、導体部(1a、2a)同士の間の電気的な特性を外部機器Mの計測部M1において測定することによって、圧力(または、当該メンブレンスイッチを厚さ方向に圧縮しようとする外部からの荷重)が作用していない状態、および圧力が作用した状態をそれぞれ示す電圧値、電流値、その他のパラメータや信号が得られ、それに応じた出力を外部機器の制御部M2などに伝達して種々の用途に利用するといった構成が可能になる。Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments thereof.
In the membrane switch of the present invention, the first conductor portion 1a is formed on the main surface of the
In the present invention, the gap between the conductor portions (1a, 2a) in this switch structure is filled with an
With this unique structure, the electrical characteristics between the conductor parts (1a, 2a) are measured by the measuring part M1 of the external device M, as shown in the block diagram of FIG. (Or external load to compress the membrane switch in the thickness direction) and voltage value, current value, and other parameters and signals indicating the state where pressure is applied. In addition, it is possible to adopt a configuration in which an output corresponding thereto is transmitted to the control unit M2 of the external device and used for various purposes.
図1(a)、図5(a)の態様では、第1の導体部と第2の導体部とを対向させるべく、スペーサー3に設けられた貫通孔3aの開口面積よりも導体部1a、2aの面積の方が大きいので、導体部の外周縁が該貫通孔3aの開口部からはみ出している。
ここで、本発明においてスペーサーに設けられる「貫通孔」とは、第1の導体部と第2の導体部とを対向させる目的で、スペーサーを当該メンブレンスイッチの厚さ方向に貫く空間部分をいう。該貫通孔は、〔シート状のスペーサーに穴あけ加工などによって後から形成された空間部分〕でもよいし、〔樹脂成形などによって最初からスペーサー中に存在する空間部分〕でもよいし、〔第1の導体部と第2の導体部とを対向させるための空間部分が先に設計的に決定され、該空間部分以外の部分にスペーサー材料が後から配置された結果として、残された空間部分〕であってもよいし、〔感光性材料を露光・現像することによるフォトリソグラフィーで形成された空間部分〕でもよい。また、該貫通孔は、必ずしも自体の空間部分の側方の周囲をスペーサーの材料によって完全に囲まれている必要はない。例えば、隣り合った貫通孔同士が互いに連通していてもよいし、他の目的(空気逃がしや軽量化など)のためにスペーサーに設けられる空間部分と連通していてもよいし、スペーサーの外周側面において外界の空間と連通していてもよい。また、例えば、スペーサーの材料が存在する部分が独立した支柱として離散的であるために、残りの空間部分が網目状につながっている場合でも、そのような空間部分は前記貫通孔である。該貫通孔は、形状によっては、他の目的のためにスペーサーに設けられる溝などの空間部分を兼用するものであってもよい。
図10(a)と同様、図1(a)、図5(a)では説明のために導体部を厚く描いているが、実際には導体部は薄く、スペーサーが導体部によって大きく圧縮されるようなことはない。図1(a)の態様では、有機材料4は、貫通孔内全体に充填されており、図5(a)の態様では、有機材料4と導体部1aとの間に空隙s1が存在している。
図1(b)、図5(b)の態様では、スペーサー3に設けられた貫通孔3aの開口面積よりも導体部1a、2aの面積の方が小さく、よって、それら導体部はスペーサーの貫通孔内に収まって対向している。図1(a)の態様では、有機材料4は、貫通孔内全体に充填されており、図5(a)の態様では、有機材料4と導体部1aとの間に空隙s1が存在している。
図1(c)、図5(c)の態様では、スペーサー3に設けられた貫通孔3aの開口面積よりも導体部1a、2aの面積の方が小さく、それら導体部はスペーサーの貫通孔内に収まって対向している。図1(a)の態様では、有機材料4は、対向する導体同士の間に充填されており、図5(a)の態様では、有機材料4と導体部1aとの間に空隙s1が存在している。この場合は電気的な絶縁性を担保する観点から〔スペーサー3に設けられた貫通孔の開口面積〕>〔導体部と有機材料との接触面積〕≧〔貫通孔内の導体部1a、2aの面積〕となっている。
図1(c)の態様のような場合、〔導体部と有機材料との接触面積〕>〔貫通孔内の導体部1a、2aの面積〕とするのが好ましい態様である。
対向する導体部が貫通孔の開口全体を占有し導体面積が広いという点や、絶縁性を担保しやすいという点からは、図1(a)の態様が好ましく、圧縮される有機材料4の横方向への変形をスペーサーが妨げないという点からは、図1(c)の態様が好ましい。1 (a) and 5 (a), in order to make the first conductor portion and the second conductor portion face each other, the conductor portion 1a, rather than the opening area of the through hole 3a provided in the
Here, the “through hole” provided in the spacer in the present invention refers to a space portion that penetrates the spacer in the thickness direction of the membrane switch for the purpose of making the first conductor portion and the second conductor portion face each other. . The through-hole may be [a space portion formed later by punching a sheet-like spacer or the like], [a space portion existing in the spacer from the beginning by resin molding or the like], or [the first portion] The space portion for making the conductor portion and the second conductor portion face each other is determined by design in advance, and as a result of the spacer material being disposed later in a portion other than the space portion, the remaining space portion] It may be [a space portion formed by photolithography by exposing and developing a photosensitive material]. Further, the through hole does not necessarily need to be completely surrounded by the spacer material at the side of the space portion of the through hole. For example, adjacent through holes may communicate with each other, communicate with a space provided in the spacer for other purposes (such as air escape or weight reduction), or the outer periphery of the spacer You may communicate with the external space on the side. Further, for example, since the portion where the spacer material exists is discrete as an independent support column, even when the remaining space portion is connected in a mesh shape, such a space portion is the through hole. Depending on the shape of the through hole, the through hole may also serve as a space portion such as a groove provided in the spacer for other purposes.
As in FIG. 10 (a), in FIG. 1 (a) and FIG. 5 (a), the conductor portion is drawn thick for the sake of explanation, but in reality the conductor portion is thin and the spacer is greatly compressed by the conductor portion. There is no such thing. In the embodiment of FIG. 1 (a), the
In the mode of FIGS. 1B and 5B, the areas of the conductor portions 1a and 2a are smaller than the opening area of the through hole 3a provided in the
In the mode of FIG. 1C and FIG. 5C, the areas of the conductor portions 1a and 2a are smaller than the opening area of the through hole 3a provided in the
In the case of the embodiment of FIG. 1C, it is preferable that [the contact area between the conductor portion and the organic material]> [the area of the conductor portions 1a and 2a in the through hole].
The aspect shown in FIG. 1 (a) is preferable in that the opposing conductor portion occupies the entire opening of the through hole and the conductor area is wide, and the insulating property is easily secured. The aspect of FIG.1 (c) is preferable from the point that a spacer does not prevent the deformation | transformation to a direction.
第1、第2の導体部は、1対のみならず、一般的なメンブレンスイッチと同様に複数対の導体部をアレイ状に設けてもよく、図3に各層毎に主面を示すように、第1の基板1上に複数の第1の導体部(1a1、1a2)を所定の配置パターンにて設け、これに対応する配置パターンにて第2の基板2上に複数の第2の導体部(2a1、2a2)を設け、これら導体部同士をそれぞれ隙間をおいて対向させ、複数の導体部対が面上に配列されたアレイ構造としてよい。スペーサー3は、各導体部対の導体部同士の間に隙間が確保されるように基板同士の間に介在しており、各導体部対の導体部同士の間の隙間(図3ではスペーサーの貫通孔3a1、3a2の内部)には圧電性を示す有機材料4(図示せず)が充填または空隙が存在するように配置されている。
図3のようなアレイ構造の場合、スペーサー3は、導体部対同士ならびに外部への引出し配線同士を互いに電気的に絶縁する隔壁としても機能する。As for the first and second conductor portions, not only one pair but also a plurality of pairs of conductor portions may be provided in an array like a general membrane switch, and the main surface is shown for each layer in FIG. A plurality of first conductor portions (1a1, 1a2) are provided in a predetermined arrangement pattern on the
In the case of the array structure as shown in FIG. 3, the
図3のようなアレイ構造の場合、基板上における導体部の配置パターンやピッチは用途に応じて適宜決定すればよい。例えば、当該メンブレンスイッチを物品の表層に配置し、各部の圧力に応じた信号を得るのであれば、導体部の配置パターンは、四角形、正三角形、正六角形などを網の目の形状とするネットワークの交点に導体を配置するといったパターンが挙げられる。また、当該メンブレンスイッチを、所定のキー配列を持ったキーボ−ド(各種電子楽器の鍵盤(特に感圧機能付き)、コンピュータのキーボ−ド、各種装置の制御部やゲーム機の入力パッドなど)のスイッチとして用いるのであれば、そのキー配列に応じた配置パターンとすればよい。
アレイ構造における導体部同士の中心間距離は、製品の規模に応じて様々であり限定はされないが、0.1mm〜100mm程度が汎用的である。In the case of the array structure as shown in FIG. 3, the arrangement pattern and pitch of the conductor portions on the substrate may be appropriately determined according to the application. For example, if the membrane switch is arranged on the surface layer of an article and a signal corresponding to the pressure of each part is obtained, the arrangement pattern of the conductor part is a network in which a square, a regular triangle, a regular hexagon, etc. are in the shape of a mesh. There is a pattern in which conductors are arranged at the intersections. In addition, the membrane switch has a keyboard with a predetermined key arrangement (keyboards of various electronic musical instruments (especially with a pressure sensitive function), computer keyboards, control units of various devices, input pads of game machines, etc.) If it is used as a switch, the arrangement pattern corresponding to the key arrangement may be used.
The distance between the centers of the conductor portions in the array structure varies depending on the scale of the product and is not limited, but is generally about 0.1 mm to 100 mm.
図6は、基板面に形成される導体と配線の配置パターンの一例(各スイッチの導体部とそれに接続される配線)を模式的に示したものである。図では、説明を簡単にするために導体部の数を4としている。配線の経路は一例である。
基板の外周形状は、正方形、長方形、円形など用途に応じた任意の形状であってよい。また、それらの外周形状に加えて、図6(a)に示すような局所的に外部に張り出たコネクター部1cを設け、外部回路(例えば、図2に示す外部機器Mなど、必要な機能を持った回路)との接続を行ってもよい。コネクター部1cの構造や各スイッチと外部回路とを接続するための構成は公知技術を参照することができる。
例えば、基板上の配線を露出させ(レジスト保護膜を設けない)、その露出した配線の表面に、Ni、Pd、Auなどの各種金属によるめっきを行う態様や、カーボンペーストなどの表面処理を施して端子とする態様、基板にハンダ付けなどによって市販のコネクターを実装する態様、はんだ、導電ペースト、異方導電性フィルム(以下、ACF)などでメンブレンスイッチ側のコネクター部と外部回路を導通する態様などが挙げられる。FIG. 6 schematically shows an example of an arrangement pattern of conductors and wirings formed on the substrate surface (conductor parts of each switch and wirings connected thereto). In the figure, the number of conductor portions is set to 4 for the sake of simplicity. The wiring path is an example.
The outer peripheral shape of the substrate may be any shape according to the application, such as a square, a rectangle, or a circle. Further, in addition to the outer peripheral shape, a connector portion 1c protruding locally to the outside as shown in FIG. 6A is provided, and necessary functions such as an external circuit (for example, the external device M shown in FIG. 2) are provided. Connection with a circuit having For the structure of the connector portion 1c and the configuration for connecting each switch and an external circuit, known techniques can be referred to.
For example, the wiring on the substrate is exposed (no resist protective film is provided), and the exposed wiring surface is plated with various metals such as Ni, Pd, Au, or surface treatment such as carbon paste. A mode in which a commercially available connector is mounted on a substrate by soldering or the like, a mode in which a connector on the membrane switch side and an external circuit are electrically connected by solder, conductive paste, anisotropic conductive film (hereinafter ACF), etc. Etc.
本発明のメンブレンスイッチと外部回路とは、必ずしも別個である必要はなく、図6(b)に示すように、必要な外部回路mを、当該メンブレンスイッチの基板上に直接的に形成または実装してもよい。図6(b)の外部回路mは、配線部分とそれに実装された多数の素子とを有してなるものでも良く、それらを一体化した1つのICチップであっても良い。外部回路mとしてICチップを用いる場合、当該メンブレンスイッチの基板上の配線に実装する態様(図6(b)の外部回路mがそのままICチップになる態様)が好ましい。 The membrane switch and the external circuit of the present invention are not necessarily separated from each other. As shown in FIG. 6B, the necessary external circuit m is directly formed or mounted on the substrate of the membrane switch. May be. The external circuit m in FIG. 6B may include a wiring portion and a large number of elements mounted thereon, or may be a single IC chip that integrates them. When an IC chip is used as the external circuit m, a mode of mounting on the wiring on the substrate of the membrane switch (a mode in which the external circuit m in FIG. 6B becomes an IC chip as it is) is preferable.
図6(b)の外部回路mは、外部機器との通信を行うための無線通信装置であってもい。即ち、当該メンブレンスイッチと外部機器との接続は、必ずしもコネクター部を介した有線的な接続である必要はなく、電波、光による無線的な接続であってよい。 The external circuit m in FIG. 6B may be a wireless communication device for performing communication with an external device. In other words, the connection between the membrane switch and the external device is not necessarily a wired connection via the connector, and may be a wireless connection using radio waves or light.
当該メンブレンスイッチにコネクター部を設ける場合、図8(a)に示すように、第1の基板1、第2の基板2にそれぞれに設けられたコネクター部の配線10a、20aを、それぞれ別個に外部回路と接続をしても良い。
図8では、第1の導体部1aとコネクター部の配線10aとが、第1の基板面上において配線パターンによって互いにつながっているという接続関係を、一点鎖線の矢印で表している。第2の基板についても同様に、基板面上の配線パターンによる接続関係を一点鎖線で表している。
また、図8(b)に示す例では、第1の基板上の配線10aが、導電性の接続媒体11aを介して、第2の基板上の配線12aへと接続され、さらに、コネクター部の配線13aへと接続されている。同図の例では、第1の基板1および第2の基板2上の全ての導体部(1a、2a)のための各配線(13a、20a)が、第2の基板上のコネクター部に集合している。図8(b)に示すような片側の基板面に導体を集合させた態様は、コネクターの構造が単純になるので好ましい。When the connector part is provided in the membrane switch, as shown in FIG. 8 (a), the wirings 10a and 20a of the connector part provided on the
In FIG. 8, a connection relationship in which the first conductor portion 1a and the wiring 10a of the connector portion are connected to each other by a wiring pattern on the first substrate surface is represented by a one-dot chain line arrow. Similarly for the second substrate, the connection relationship by the wiring pattern on the substrate surface is represented by a one-dot chain line.
In the example shown in FIG. 8B, the wiring 10a on the first substrate is connected to the wiring 12a on the second substrate through the conductive connection medium 11a. It is connected to the wiring 13a. In the example of the figure, wirings (13a, 20a) for all the conductor portions (1a, 2a) on the
一方の基板上の配線と他方の基板上の配線との電気的な接続には、公知の接続技術を用いることができる。
例えば、図8(b)に示すように、互いに対向する両配線の間に導電性の接続媒体11aを介在させる態様では、該接続媒体として、導電性接着材やACFなどが挙げられる。ACFは、微細なピッチの配線同士を高い信頼性で接続できるという点では好ましい接続媒体である。
また、図9に示すように、1枚の基板上に、第1、第2の導体部(1a、2a)とそれぞれの配線(1b、2b)を所定のパターンにて全て形成し、かつ、それら配線を1つのコネクター部1cまで延ばしておき、この1枚の基板を折り曲げ線Rにおいて2つに折り重ね、第1、第2枚の基板としてもよい。この態様では、一方の基板上の配線と他方の基板上の配線とが、折り曲げ線Rを越えた配線パターンによって互いに絡したものとなる。A known connection technique can be used for electrical connection between the wiring on one substrate and the wiring on the other substrate.
For example, as shown in FIG. 8B, in a mode in which a conductive connection medium 11a is interposed between both wirings facing each other, a conductive adhesive, ACF, or the like can be used as the connection medium. ACF is a preferable connection medium in that wirings with fine pitches can be connected with high reliability.
Further, as shown in FIG. 9, the first and second conductor portions (1a, 2a) and the respective wirings (1b, 2b) are all formed in a predetermined pattern on one substrate, and These wirings may be extended to one connector portion 1c, and the one board may be folded into two at the folding line R to form the first and second boards. In this aspect, the wiring on one substrate and the wiring on the other substrate are entangled with each other by the wiring pattern exceeding the folding line R.
図2や図6に示した外部回路に含まれる計測部は、当該メンブレンスイッチ中の各スイッチ間の電圧、電荷、電流、静電容量、抵抗またはその変化を計測して、各スイッチに作用した外部からの圧力または力(荷重)をそれに応じた信号として出力し得るものであればよい。なかでも、電荷または静電容量は、スイッチに作用する圧力や力に応じた変化量が大きいので、それらを計測し出力することが好ましい。また、各スイッチの信号は微弱であるので、計測部には増幅回路を組込むことが好ましい。
前記のような計測回路や増幅回路には公知技術を用いることができる。例えば、各スイッチで発生した電荷を増幅して積分回路により電圧に変換して出力する回路として、図7に例示するような回路が挙げられる。図7の例では、CXが各スイッチの静電容量を表しており、Voutが出力電圧であり、C1、R1は適宜決定されるキャパシターと抵抗である。The measurement unit included in the external circuit shown in FIGS. 2 and 6 measures the voltage, charge, current, capacitance, resistance or change between the switches in the membrane switch, and acts on each switch. What is necessary is just to be able to output an external pressure or force (load) as a signal corresponding thereto. Especially, since the change amount according to the pressure and force which acts on a switch is large for an electric charge or an electrostatic capacitance, it is preferable to measure and output them. Moreover, since the signal of each switch is weak, it is preferable to incorporate an amplifier circuit in the measurement unit.
Known techniques can be used for the measurement circuit and the amplification circuit as described above. For example, a circuit as illustrated in FIG. 7 can be cited as a circuit that amplifies the charge generated in each switch, converts it into a voltage by an integration circuit, and outputs the voltage. In the example of FIG. 7, C X represents the capacitance of each switch, V out is the output voltage, and C 1 and R 1 are capacitors and resistors that are determined as appropriate.
さらに計測部には、電圧に変換した信号をコンピューターに取り込むことを目的にA/D変換回路を組込むことが好ましい。A/D変換回路としては公知の方法が用いられるが、積分型、逐次比較型、フラッシュ型、オーバサンプリング型等が挙げられる。
また、ノイズ除去回路、ソーヤタワー回路、フィルタリング回路、計数回路、計数リセット回路、表示回路、記憶回路、バーチャルグランド回路、各種の補償回路等、付帯的な回路を必要に応じて加えてもよい。Furthermore, it is preferable to incorporate an A / D conversion circuit in the measurement unit for the purpose of taking a signal converted into a voltage into a computer. A known method is used as the A / D conversion circuit, and examples include an integration type, a successive approximation type, a flash type, and an oversampling type.
Further, ancillary circuits such as a noise removal circuit, a Soya tower circuit, a filtering circuit, a counting circuit, a counting reset circuit, a display circuit, a storage circuit, a virtual ground circuit, and various compensation circuits may be added as necessary.
第1、第2の基板は、導体部を支持し得るものであればよく、従来公知のメンブレンスイッチの基板の材料や、プリント配線基板の材料が好ましいものとして挙げられる。そのような材料としては、特に限定はされないが、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)共重合体樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、液晶ポリマー等の他、紙フェノール(紙にフェノール樹脂を含浸させた複合材料)やガラスエポキシ(ガラス繊維製の布を積層したものにエポキシ樹脂を含浸させた複合材料)などの複合材料が好ましいものとして挙げられる。
また、ソルダーレジストインキなどの液状の絶縁材料を塗工し硬化させることで、第1、第2の基板のいずれか一方、または両方を形成してもよい。The first and second substrates are not particularly limited as long as they can support the conductor portion, and a conventionally known membrane switch substrate material or printed wiring substrate material is preferable. Examples of such materials include, but are not limited to, polyimide resins, polyester resins, epoxy resins, urethane resins, polystyrene resins, polyethylene resins, polyamide resins, polyamideimide resins, acrylonitrile-butadienes. -Styrene (ABS) copolymer resin, polycarbonate resin, silicone resin, fluorine resin, liquid crystal polymer, paper phenol (composite material with paper impregnated with phenol resin) and glass epoxy (made of glass fiber) A composite material such as a composite material obtained by impregnating an epoxy resin into a laminate of cloths is preferable.
Alternatively, either or both of the first and second substrates may be formed by applying and curing a liquid insulating material such as solder resist ink.
第1、第2の基板の材料は、互いに同じものであっても異なるものであっても良い。物品の曲面状の表面や表層に沿って装着するためには、第1、第2の基板のいずれか一方または両方が、可とう性を有する材料によって形成されたものであることが好ましい。当該メンブレンスイッチ全体に可とう性を付与るためには、両方の基板が可とう性を有する材料によって形成されたものであることが好ましい。上記した材料の中でも低コストであり透明性が高く、適度な可とう性を有する点からは、ポリエステル系樹脂が好ましいものとして挙げられる。また、耐熱性や寸法安定性であり可とう性を重視する用途ではポリイミド系樹脂が好ましいものとして挙げられる。可とう性は、材料自体の可とう性であることが好ましいが、基板の厚さを調節することによって基板全体の可とう性を実現させたものも含まれる。 The materials of the first and second substrates may be the same or different from each other. In order to mount along the curved surface or surface layer of the article, it is preferable that either one or both of the first and second substrates are formed of a flexible material. In order to impart flexibility to the entire membrane switch, it is preferable that both substrates are formed of a flexible material. Among the above-described materials, polyester resins are preferable because they are low in cost, have high transparency, and have appropriate flexibility. In addition, a polyimide-based resin is preferable in applications where heat resistance and dimensional stability are important and flexibility is important. The flexibility is preferably the flexibility of the material itself, but includes a material in which the flexibility of the entire substrate is realized by adjusting the thickness of the substrate.
第1、第2の基板のそれぞれの厚さは、製品の規模、材料の機械的強度、可とう性、弾性などに応じて決定すればよく、特に限定はされないが、厚すぎると圧力分布が各スイッチ内の有機材料に正確に伝わらない問題が発生し、薄すぎると破断しやすくなり耐久性が下がる問題が発生する。総じて500μm〜5μm程度が汎用的であり、なかでも200μm〜10μmm程度がより実用的で好ましい範囲である。例えば、第1、第2の基板の材料が、ポリエステルである場合には、100μm〜20μm程度が実用上好ましい範囲である。
第1、第2の基板は、互いに同じ厚さであっても異なる厚さであっても良い。例えば、一方の基板を固定側としてより厚い寸法とし、他方の基板を可動側としてより薄い寸法としてもよい。
第1、第2の基板の外周形状は、必要とされる導体対の数、導体対の配列ピッチ、当該メンブレンスイッチを適用すべき物品の大きさに応じて適宜決定すればよく、互いに同じ形状であっても異なる形状であっても良い。The thickness of each of the first and second substrates may be determined according to the scale of the product, the mechanical strength of the material, flexibility, elasticity, etc., and is not particularly limited. There is a problem that the organic material in each switch is not accurately transmitted, and if it is too thin, the switch is easily broken and the durability is lowered. In general, about 500 μm to 5 μm is generally used, and about 200 μm to 10 μm is a more practical and preferable range. For example, when the material of the first and second substrates is polyester, about 100 μm to 20 μm is a practically preferable range.
The first and second substrates may have the same thickness or different thicknesses. For example, one substrate may be a thicker dimension on the fixed side and the other substrate may be a thinner dimension on the movable side.
The outer peripheral shape of the first and second substrates may be appropriately determined according to the number of conductor pairs required, the arrangement pitch of the conductor pairs, and the size of the article to which the membrane switch is to be applied. Or a different shape.
第1または第2の基板に可とう性を有する材料を使用する場合、材料の可とう性は、特に限定はされないが、例えば、JIS K7161、JIS K7162に規定された引張試験方法において、引張弾性率が1GPa未満でありかつ引張破壊ひずみ10%以上であることが好ましい。 When a material having flexibility is used for the first or second substrate, the flexibility of the material is not particularly limited. For example, in the tensile test method defined in JIS K7161, JIS K7162, It is preferable that the rate is less than 1 GPa and the tensile fracture strain is 10% or more.
第1、第2の導体部の材料は、従来公知のメンブレンスイッチの接点やプリント配線基板の配線材料として用いられる導電性材料の他、導体部間に充填または空隙が存在するように配置される有機材料の分極の変化を外部に好ましく伝達し得る導電性材料であればよい。
そのような導電性材料としては、金、銀、銅、白金、鉛、錫、ニッケル、クロムなどの良導体の金属単体、またはこれらの金属から選ばれた2種類以上の金属からなる合金が好ましい材料として挙げられる。また、前記金属の微粒子(例えば金属ナノ粒子と呼ばれるものなど)やカーボン粒子を高濃度に含有してなる導電性ペーストや導電性インキ、ポリチオフェンなどを主成分とする導電性ポリマーインキなどを、印刷によって基板上に堆積させ、乾燥・硬化・焼成などしたものなども好ましい導体部の態様として挙げられる。また、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)などの透明な金属酸化物もメンブレンスイッチ全体が透明にすることを目的とする場合は好ましい材料として挙げられる。The material of the first and second conductor parts is arranged so that there is a filling or gap between the conductor parts, in addition to the conductive material used as a contact material of a conventionally known membrane switch or the wiring material of the printed wiring board. Any conductive material that can preferably transmit the change in polarization of the organic material to the outside may be used.
As such a conductive material, a preferable material is a single metal of a good conductor such as gold, silver, copper, platinum, lead, tin, nickel, chromium, or an alloy made of two or more kinds of metals selected from these metals. As mentioned. Also, conductive pastes, conductive inks, and conductive polymer inks containing polythiophene as the main component, which contain the above-mentioned metal fine particles (for example, metal nanoparticles) and carbon particles at a high concentration, are printed. As a preferred embodiment of the conductor portion, a material deposited on the substrate by drying, dried, cured, fired, or the like can be cited. In addition, transparent metal oxides such as indium tin oxide (ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) are also preferable materials when the entire membrane switch is intended to be transparent.
導電部並びに回路部の表面は耐摩耗性、防錆、密着向上を目的として公知の表面修飾を施していても良いし、形成した導電部そのままでも良い。公知の表面修飾としてはNi、Pd、Auなどのめっき、不動体層や有機層を用いた防錆処理などが挙げられる。 The surface of the conductive part and the circuit part may be subjected to a known surface modification for the purpose of wear resistance, rust prevention and adhesion improvement, or the formed conductive part may be used as it is. Known surface modifications include plating with Ni, Pd, Au, etc., and antirust treatment using a non-moving body layer or an organic layer.
各導体部の外周形状は、特に限定はされず、図3に示すような円形の他、正方形、長方形、その他の多角形、などが挙げられる。円形は、製造コスト、クラック防止、力の感知の点から好ましい形状である。
導体部対を構成する第1、第2の導体部のそれぞれの外周形状は、一方を他方に投影したときに一致する関係にあることが好ましい。ただし、導体部と外部回路とを通じる引出し配線(図6の2に相当)は、この限りではない。
各導体部の外周形状の大きさ(基板の主面に占める面積)は、当該メンブレンスイッチの規模や用途に応じて適宜決定してよいが、例えば外周形状が円形の場合には、その直径は0.1μm〜500mm程度が好ましく、0.1mm〜100mmがより好ましい。また、導体部の外周形状が円形以外の場合、大きさは直径が0.1μm〜500mm程度の円形の面積に相当する面積が好ましく、0.1mm〜100mm程度の円形の面積に相当する面積がより好ましい。
各導体部の厚さは、製品の規模、材料、形成方法によっても異なるが、総じて、0.1μm〜100μm程度が汎用的であり、例えば、導電性ペーストや導電性インキなどを印刷によって形成する場合には5μm〜50μm程度が好ましく、金属箔やめっきにて形成する場合には5μm〜50μm程度が好ましく、蒸着やスパッタリングによって形成する場合は10nm〜5μmが好ましい。
導体部同士の間の距離は、有機材料が示す圧電性を好ましく検出し得る値であればよいが、可とう性や使用性の点からは小さい方が好ましく、絶縁性の担保の点からは大きい方が好ましい。該距離は、3μm〜500μmが好ましい範囲として例示され、5μm〜100μmがより好ましい範囲として例示される。The outer peripheral shape of each conductor portion is not particularly limited, and examples thereof include a square, a rectangle, and other polygons in addition to a circle as shown in FIG. The circular shape is a preferable shape from the viewpoint of manufacturing cost, crack prevention, and force sensing.
It is preferable that the outer peripheral shapes of the first and second conductor portions constituting the conductor portion pair are in a coincident relationship when one is projected onto the other. However, the lead-out wiring (corresponding to 2 in FIG. 6) through the conductor portion and the external circuit is not limited to this.
The size of the outer peripheral shape of each conductor part (area occupied by the main surface of the substrate) may be appropriately determined according to the scale and use of the membrane switch. For example, when the outer peripheral shape is circular, the diameter is About 0.1 μm to 500 mm is preferable, and 0.1 mm to 100 mm is more preferable. When the outer peripheral shape of the conductor is other than a circle, the size is preferably an area corresponding to a circular area having a diameter of about 0.1 μm to 500 mm, and an area corresponding to a circular area of about 0.1 mm to 100 mm. More preferred.
The thickness of each conductor portion varies depending on the scale of the product, the material, and the forming method, but is generally about 0.1 μm to 100 μm, and for example, a conductive paste or conductive ink is formed by printing. In this case, the thickness is preferably about 5 μm to 50 μm. When formed by metal foil or plating, about 5 μm to 50 μm is preferable, and when formed by vapor deposition or sputtering, 10 nm to 5 μm is preferable.
The distance between the conductor portions may be a value that can preferably detect the piezoelectricity of the organic material, but is preferably smaller from the viewpoint of flexibility and usability, from the viewpoint of ensuring insulation. Larger is preferable. The distance is preferably 3 μm to 500 μm, and more preferably 5 μm to 100 μm.
図3の態様のように、導体部対を複数設けてアレイ構造とする場合、各導体部対のうちの一方の導体部は、個々に分離独立した導体部ではなく、共通電位となるように互いにつながって基板面上に広がった1枚の導体層であってもよい。このような態様であっても、他方の導体部が個々に分離独立し互いに絶縁されていれば、複数の導体部対が配列されたアレイ構造となる。 As shown in FIG. 3, when a plurality of conductor part pairs are provided to form an array structure, one conductor part of each conductor part pair is not a separate and independent conductor part but a common potential. It may be a single conductor layer connected to each other and spreading on the substrate surface. Even if it is such an aspect, if the other conductor part is isolate | separated independently and insulated from each other, it will become an array structure in which the several conductor part pair was arranged.
第1、第2の基板上へのそれぞれの導体部の形成方法は、従来公知のメンブレンスイッチにおける接点の形成方法や、プリント配線基板における配線回路の形成方法を利用してよく、次に例示するような、アディティブ法、セミアディティブ法、サブトラクティブ法が挙げられる。
導電性ペーストや導電性インキを印刷によって基板上に導体部の形状となるように堆積させた後、乾燥、硬化、焼成などを行い導体部とする方法。
無電解めっき、スパッタ、蒸着などによってシード層を形成した後にレジストを用い電気めっきによって配線を形成し不要なシード層を除去する方法。
基板上への金属箔の貼り合わせや金属やITOなどのスパッタ、蒸着などによって全面的に形成した導体層をエッチングして導体部を残す方法。
これらの方法の中でも、生産性(低コスト)と信頼性のバランスの点から、サブトラクティブ法が好ましい方法として挙げられる。
第1の導体部と第2の導体部は同じ材料であっても良いし互いに異なる材料からなるものであっても良い。As a method for forming the respective conductor portions on the first and second substrates, a contact forming method in a conventionally known membrane switch or a wiring circuit forming method in a printed wiring board may be used, which will be exemplified below. Such additive methods, semi-additive methods, and subtractive methods.
A method in which a conductive paste or conductive ink is deposited on a substrate so as to have the shape of a conductor portion by printing, and then dried, cured, fired, etc. to form a conductor portion.
A method in which a seed layer is formed by electroless plating, sputtering, vapor deposition, etc., and then a wiring is formed by electroplating using a resist to remove an unnecessary seed layer.
A method of leaving a conductor portion by etching a conductor layer formed on the entire surface by bonding a metal foil onto a substrate, sputtering of metal or ITO, vapor deposition, or the like.
Among these methods, the subtractive method is a preferable method from the viewpoint of the balance between productivity (low cost) and reliability.
The first conductor portion and the second conductor portion may be made of the same material or different materials.
第1、第2の基板には、各導体部と外部回路とを接続するための配線回路が設けられる。図3の例では、第1の基板1には、導体部(1a1、1a2)にそれぞれ接続された配線回路(1b1、1b2)が設けられ、第2の基板2には、導体部(2a1、2a2)にそれぞれ接続された配線回路(2b1、2b2)が設けられている。
配線回路は、導体部が形成された面のみならず、その裏面や基板内部に形成されていてもよく、その場合、配線回路と導体部とを接続する導通路、スルーホール、ビアなどが基板の厚さ方向に設けられる。
配線回路の材料、形成方法は、上記した導体部の材料と形成方法と同様であってよい。生産性や単純な構造の点からは、導体部と配線回路とを、基板の同じ面に同じ材料を用いて同じ形成方法によって一度に形成することが好ましい。The first and second substrates are provided with wiring circuits for connecting each conductor portion and an external circuit. In the example of FIG. 3, the
The wiring circuit may be formed not only on the surface on which the conductor portion is formed, but also on the back surface or inside the substrate. In that case, a conductive path, a through hole, a via, or the like that connects the wiring circuit and the conductor portion is formed on the substrate. Are provided in the thickness direction.
The material and forming method of the wiring circuit may be the same as the material and forming method of the conductor part described above. From the viewpoint of productivity and simple structure, it is preferable to form the conductor portion and the wiring circuit at the same time by the same forming method using the same material on the same surface of the substrate.
第1、第2の基板上にそれぞれ導体部と配線回路を印刷法を用いて形成する場合の一例は次のとおりである:
ポリエチレンテレフタラート製のフィルムを基板とし、印刷回路用の銀ペーストを用いたスクリーン印刷にて、該基板上に導体部とそれに接続された配線回路パターンを描画する。導体部と配線回路が描かれた該基板をオーブンにて所定の時間加熱・乾燥させて、導体部と配線回路とが設けられた基板を得る。この方法は、生産性(低コスト)と信頼性のバランスが優れている。An example of forming the conductor portion and the wiring circuit on the first and second substrates using a printing method is as follows:
By using a film made of polyethylene terephthalate as a substrate and screen printing using a silver paste for a printed circuit, a conductor portion and a wiring circuit pattern connected thereto are drawn on the substrate. The substrate on which the conductor portion and the wiring circuit are drawn is heated and dried in an oven for a predetermined time to obtain a substrate on which the conductor portion and the wiring circuit are provided. This method has an excellent balance between productivity (low cost) and reliability.
第1、第2の基板上にそれぞれ導体部と配線回路をフォトリソグラフィーを用いて形成する場合の一例は次のとおりである:
3層タイプのポリイミド銅張積層板(ポリイミド樹脂フィルム上に接着剤層(エポキシ接着剤層など)を介して銅箔を積層した三層の積層体)を用意し、その銅箔面にドライフィルムレジストをラミネートし、形成すべき導体部と配線回路だけがドライフィルムレジストに覆われるように露光・現像を行う。これに塩化鉄や塩化銅でエッチングを施し、露出した銅箔を除去し、目的の導体部および配線回路だけを残す。最後にドライフィルムレジストを剥離して、導体部と配線回路が設けられた基板を得る。この方法は、銅箔が電気的・機械的に優れた良導体であり、基板との密着性、耐熱性も高く、微細なパターン加工が可能であるため、品質を重視する製品の製造に適している。また、配線回路の表面が平坦であるので圧電性を示す有機材料の層が薄くても絶縁性を担保できる点で有利である。An example of forming the conductor portion and the wiring circuit on the first and second substrates using photolithography is as follows:
Prepare a three-layer type polyimide copper clad laminate (a three-layer laminate in which a copper foil is laminated on a polyimide resin film via an adhesive layer (such as an epoxy adhesive layer)), and a dry film on the copper foil surface. The resist is laminated, and exposure / development is performed so that only the conductor portion and the wiring circuit to be formed are covered with the dry film resist. This is etched with iron chloride or copper chloride to remove the exposed copper foil, leaving only the intended conductor and wiring circuit. Finally, the dry film resist is peeled off to obtain a substrate provided with a conductor portion and a wiring circuit. This method is suitable for the manufacture of products that emphasize quality, because copper foil is a good conductor with excellent electrical and mechanical properties, has high adhesion to the substrate, has high heat resistance, and allows fine pattern processing. Yes. Further, since the surface of the wiring circuit is flat, it is advantageous in that insulation can be secured even if the organic material layer exhibiting piezoelectricity is thin.
スペーサーは、第1、第2の基板同士の間に介在し、導体部同士の間に隙間を形成するように第1、第2の基板を支持し得るものであればよい。スペーサーは、スペーサーが導体部同士の間の隙間を周囲で環状に取り巻いて囲む態様(即ち、スペーサーとなるフィルムが、図1(a)〜(c)のような貫通孔3aを有し、該貫通孔内の空間部分を挟んで導体部が対向する態様)とすると、スペーサーの形成が簡単であり、かつ、第1、第2の基板をバランスよく支持し得、隣り合った導体対同士を絶縁し得るので好ましい。しかしながら、1つの導体部対の周囲に独立した支柱として離散的に設けられてもよい。その場合、上述したように、スペーサーの材料が存在しない空間部分が貫通孔である。 Any spacer may be used as long as it is interposed between the first and second substrates and can support the first and second substrates so as to form a gap between the conductor portions. The spacer is a mode in which the spacer surrounds and surrounds the gap between the conductor portions in an annular shape (that is, the film serving as the spacer has a through hole 3a as shown in FIGS. 1 (a) to (c), If the conductor portions are opposed to each other with the space portion in the through hole interposed therebetween, the formation of the spacer is simple, and the first and second substrates can be supported in a balanced manner. It is preferable because it can be insulated. However, it may be discretely provided as independent struts around one conductor portion pair. In this case, as described above, the space portion where the spacer material does not exist is a through hole.
スペーサーの材料は、剛体であってもよいが、スペーサーが導体部に加えられる圧力の妨げにならない点や、当該メンブレンスイッチ全体に可とう性を付与し得る点からは、適度な弾性と可とう性を有することが好ましく、小さい力でも圧縮し得るような低弾性が好ましい。
スペーサーの材料の弾性と可とう性は、特に限定はされないが、例えば、JIS K7161とK7162に規定された引張試験方法において、引張弾性率が1GPa未満でありかつ引張ひずみ10%以上とすることが好ましい。
また、スペーサーの材料は、隣り合った導体部対同士を電気的に絶縁するために、絶縁性材料であることが好ましい。
以上のような材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、塩化ビニル、ポリウレタンなどの高分子材料が挙げられ、可とう性、弾性率、コスト、耐熱性の観点から、ポリエステルがより好ましい材料として挙げられる。
また、スペーサーの材料は、ソルダーレジストインキなどの液状の絶縁材料を硬化させたものであってもよく、基板に用いたソルダーレジストインキなどの液状の絶縁材料と同じ材料を用いてもよい。The material of the spacer may be a rigid body, but it is moderately elastic and flexible from the viewpoint that the spacer does not hinder the pressure applied to the conductor part and that the membrane switch can be given flexibility. It is preferable to have low elasticity so that it can be compressed even with a small force.
The elasticity and flexibility of the spacer material are not particularly limited. For example, in the tensile test method defined in JIS K7161 and K7162, the tensile elastic modulus may be less than 1 GPa and the tensile strain may be 10% or more. preferable.
In addition, the spacer material is preferably an insulating material in order to electrically insulate adjacent conductor portion pairs from each other.
Examples of such materials include polymer materials such as polyester, polycarbonate, polyimide, vinyl chloride, and polyurethane. From the viewpoint of flexibility, elastic modulus, cost, and heat resistance, polyester is more preferable. .
The spacer material may be a cured liquid insulating material such as solder resist ink, or the same material as the liquid insulating material such as solder resist ink used for the substrate.
スペーサーに設けられる貫通孔の開口形状は、特に限定はされないが、図1(b)、(c)の態様の場合には、導体部の外形と相似の形状であることが好ましく、よって、図3に示すような円形形の他、正方形、長方形、多角形、異形などが好ましい形状として挙げられる。スペーサーに設けられる貫通孔には、圧電性を示す有機材料を注入する際の空気抜きのための通路を接続しておいてもよい。
スペーサーの厚さは、設計上決定された導体部同士の間の距離が得られるように、導体部の厚さを考慮して、適宜決定すればよい。例えば、図1の例では、(スペーサーの厚さ)=(導体部の厚さ×2)+(導体部同士の間の距離)である。The opening shape of the through-hole provided in the spacer is not particularly limited, but in the case of FIGS. 1B and 1C, it is preferable that the shape is similar to the outer shape of the conductor portion. In addition to the circular shape shown in FIG. 3, preferred shapes include a square, a rectangle, a polygon, and an irregular shape. A passage for venting air when injecting an organic material exhibiting piezoelectricity may be connected to the through hole provided in the spacer.
The thickness of the spacer may be appropriately determined in consideration of the thickness of the conductor portion so that the distance between the conductor portions determined by design can be obtained. For example, in the example of FIG. 1, (thickness of spacer) = (thickness of conductor portion × 2) + (distance between conductor portions).
導体部と上記有機材料とは、必ずしも密着している必要はなく、図5に示すように、空隙s1があっても良い。この場合は(スペーサーの厚さ)>(導体部の厚さ×2)+(有機材料の厚さ)となる。
導体部同士の間の距離は、上記したように、3μm〜500μmが好ましい範囲である。The conductor portion and the organic material do not necessarily have to be in close contact with each other, and there may be a gap s1 as shown in FIG. In this case, (spacer thickness)> (conductor portion thickness × 2) + (organic material thickness).
As described above, the distance between the conductor portions is preferably 3 μm to 500 μm.
図3のように貫通孔3a1、3a2を含んだスペーサー3の形成方法は、特に限定はされないが、次のような方法が例示される。
押出成形、射出成形など樹脂成形型を用いて貫通孔を持ったシート状の成形部品として形成する方法。
スペーサー材料からなる目的厚さのフィルムを用意しその所定位置に所定の開口形状の貫通孔を打ち抜きによって形成してスペーサーとする方法(後述の(A)に例示する方法)。
導体部や配線回路が形成された第1または第2の基板上のスペーサーを設けるべき領域に絶縁性材料からなるインキを印刷し、硬化させてスペーサーとする方法。この時、貫通孔に該当する開口部を残すようにインキを印刷する必要があるが、該開口部はスクリーン印刷、グラビアコート、インキジェットなどの公知の印刷方法を用いたパターン形成によって設けてもよい(後述の(B)に例示する方法)。また、インキに感光性材料を用いてロールコートなどで全面印刷した後に露光・現像を行い、該インキを後から除去することで設けてもよい。
上記の方法のなかでも、生産性とコストの観点からは、スペーサー材料からなる目的厚さ(スペーサーとして必要な厚さ)のフィルムを用意しその所定位置に所定の形状の貫通孔を打ち抜きによって形成してスペーサーとする方法が好ましいが、可とう性および弾性を持ったフィルムを金型で抜くという加工に起因して、寸法精度が多少粗い傾向がある。一方、パターン印刷や露光・現像によってスペーサーを形成する方法は、材料費や加工の手間の点から抜く方法と比較すると高価なものとなるが、前記の打ち抜きに比べて、印刷された面へ高い密着が得られる、打ち抜きなどと比較すると微細な構造が作れるという利点がある。The formation method of the
A method of forming a sheet-shaped molded part having a through-hole using a resin mold such as extrusion molding or injection molding.
A method in which a film having a target thickness made of a spacer material is prepared and a through hole having a predetermined opening shape is formed by punching at a predetermined position to form a spacer (a method exemplified in (A) described later).
A method in which ink made of an insulating material is printed on a region on which a spacer on the first or second substrate on which a conductor part or a wiring circuit is formed is to be provided and cured to form a spacer. At this time, it is necessary to print the ink so as to leave an opening corresponding to the through hole. However, the opening may be provided by pattern formation using a known printing method such as screen printing, gravure coating, ink jet or the like. Good (the method illustrated in (B) described later). Further, the ink may be provided by performing exposure and development after printing the entire surface by roll coating using a photosensitive material, and removing the ink later.
Among the above methods, from the viewpoint of productivity and cost, a film having a desired thickness (necessary thickness as a spacer) made of a spacer material is prepared, and a through hole having a predetermined shape is formed by punching at a predetermined position. The spacer method is preferred, but the dimensional accuracy tends to be somewhat rough due to the process of removing a film having flexibility and elasticity with a mold. On the other hand, the method of forming the spacer by pattern printing or exposure / development is expensive compared to the method of removing the material cost and processing time, but it is higher on the printed surface than the above punching. There is an advantage that a fine structure can be formed as compared with punching or the like that provides close contact.
スペーサーを、成形、モールド、打ち抜きなどによる別個のシート状の成形部品として形成した場合の、当該メンブレンスイッチの組立て方法としては、公知の積層技術を参照することができ、スペーサーと基板との間に接着剤層を介在させてこれらを積層する方法、パンチングなどで貼り合せる方法などが挙げられる。
接着剤は、感圧性粘着剤、感光性接着剤、熱硬化性接着剤などいずれを用いてもよく、好ましい材料としては、熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド樹脂、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。
また、接着剤を用いて接着を行う部分は全面であっても良く、スペーサーの一部の領域であっても良い。As a method of assembling the membrane switch when the spacer is formed as a separate sheet-like molded part by molding, molding, punching, etc., a known lamination technique can be referred to, and the spacer is placed between the spacer and the substrate. Examples thereof include a method of laminating them with an adhesive layer interposed, and a method of bonding them by punching.
The adhesive may be any of pressure sensitive adhesives, photosensitive adhesives, thermosetting adhesives, etc. Preferred materials include thermoplastic resins, epoxy resins, acrylic resins, silicone resins, polyimide resins. Natural rubber, synthetic rubber and the like.
Further, the portion to be bonded using an adhesive may be the entire surface, or a partial region of the spacer.
(A)スペーサーを別個のシート状の成形部品として形成し、基板に貼り合わせる場合の、当該メンブレンスイッチのより具体的な製造例は、次のとおりである:
スペーサーとして、予め(合わせ用の剥離シート、接着剤層、スペーサーとなるポリエチレンテレフタラートからなる層、接着層、合わせ用の剥離シート)がこの順に積層された5層の積層体を用意し、これに打ち抜き加工を施して、目的とする貫通孔を形成する。貫通孔の大きさと位置は、対向する導体部同士の間に形成すべき所定空間の大きさと位置に応じて決定すればよい。
次に片面の剥離シートを剥がし、一方の基板上の接点と、スペーサーに形成した貫通孔の開口部とが一致するように貼り合わせを行う。
次に、スペーサーの貫通孔内に圧電性を示す有機材料を充填または空隙が存在するように配置する。
次に、スペーサーの他方の面の剥離シートを剥がし、他方の基板上の導体部と、スペーサーに形成した貫通孔の開口部とを位置合わせし、貼り合せを行い、当該メンブレンスイッチを得る。(A) A more specific production example of the membrane switch in the case where the spacer is formed as a separate sheet-like molded part and bonded to the substrate is as follows:
As a spacer, a 5-layer laminate in which (a release sheet for bonding, an adhesive layer, a layer made of polyethylene terephthalate as a spacer, an adhesive layer, a release sheet for matching) is laminated in this order is prepared. Is punched to form a desired through hole. What is necessary is just to determine the magnitude | size and position of a through-hole according to the magnitude | size and position of the predetermined space which should be formed between the conductor parts which oppose.
Next, the release sheet on one side is peeled off, and bonding is performed so that the contact point on one substrate and the opening of the through hole formed in the spacer coincide.
Next, it fills with the organic material which shows piezoelectricity in the through-hole of a spacer, or arrange | positions so that a space | gap may exist.
Next, the release sheet on the other surface of the spacer is peeled off, and the conductor portion on the other substrate and the opening portion of the through hole formed in the spacer are aligned and bonded to obtain the membrane switch.
(B)基板上に印刷によってスペーサーを形成する場合の、該スペーサーの形成例は、次のとおりである:
導体部や配線回路が設けられた一方の基板面に、スクリーン印刷によって導体部の周囲を取り囲むように絶縁性インキ層を形成し、貫通孔を形成する。これをオーブンにて所定の時間乾燥・硬化させて基板上に積層されたスペーサーを得る。
この場合、スペーサーの材料として、上記のように、ソルダーレジストインキなどの絶縁材料を用いてもよい。(B) An example of forming the spacer when the spacer is formed on the substrate by printing is as follows:
An insulating ink layer is formed on one substrate surface on which the conductor portion and the wiring circuit are provided so as to surround the periphery of the conductor portion by screen printing, thereby forming a through hole. This is dried and cured for a predetermined time in an oven to obtain a spacer laminated on the substrate.
In this case, as described above, an insulating material such as solder resist ink may be used as the spacer material.
本発明において導体部間に充填または空隙が存在するように配置される圧電性を示す有機材料としては、単一材料、混合材料、複合材料であってもよく、混合材料、複合材料の場合は成分となる個々の物質に必ずしも圧電性がある必要はなく、全体として圧電性を示す有機材料となっていればよい。具体的には、次の(a)〜(c)の材料が挙げられる。
(a)自体が圧電性を有する有機圧電体(単一材料または混合材料)。
(b)自体が圧電性を有する有機圧電体を母材とし、その内部に自体が圧電性を有する他の材料からなるフィラーが分散することによって、全体として該母材自体の圧電性とは異なる圧電性を示す有機材料となっている複合材料。
(c)圧電性を有しない有機材料を母材とし、その内部に自体が圧電性を有する材料からなるフィラーが分散することによって、全体として圧電性を示す有機材料となっている複合材料。In the present invention, the organic material exhibiting piezoelectricity disposed so that there is a filling or void between conductor portions may be a single material, a mixed material, or a composite material. In the case of a mixed material or a composite material, It is not always necessary that the individual substances as the components have piezoelectricity, and it is sufficient that the material is an organic material exhibiting piezoelectricity as a whole. Specifically, the following materials (a) to (c) are mentioned.
(A) An organic piezoelectric body (single material or mixed material) having piezoelectricity itself.
(B) By using an organic piezoelectric body having piezoelectricity as a base material, and fillers made of other materials having the piezoelectricity itself dispersed therein, the piezoelectricity of the base material itself is different as a whole. A composite material that is an organic material that exhibits piezoelectricity.
(C) A composite material in which an organic material having no piezoelectricity is used as a base material, and fillers made of a material having piezoelectricity are dispersed therein, thereby forming an organic material exhibiting piezoelectricity as a whole.
上記(a)の有機圧電体は、(a1)その分子の化学構造から圧電性を示す有機化合物、および、(a2)その分子の化学構造からは圧電性を示さないが、加工(分子の化学構造は変えない加工)を加えることで圧電性を発現し得るものとなった有機化合物の両方を含む概念である。
有機圧電体は、有機化合物であるため、一般的な強誘電体として知られているチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの無機材料には無い、可とう性、成形加工性を持っており、また、軽量であり、コスト的にも優れている(特公昭62−4873号公報を参照のこと)。
さらに、一般的な無機強誘電体であるPZTは、人体や環境に有害な鉛を多く含むが、有機圧電体は鉛を含まないため人体や環境への影響が少ないという長所もある。
しかし、有機圧電体とりわけ有機強誘電体は、強誘電性の報告は多くあるものの、未だ素子の構造について多くの検討がなされておらず、検討されている素子では複雑な構造となり非常に素子のコストが高くなっている(特開平10−332509号公報、特開2009−53109号公報を参照のこと)。さらに、有機圧電体を用いて面内の複数点にかかる圧力を別々に感知するような構造の素子についての検討はほとんどなされていない。The organic piezoelectric material (a) is composed of (a1) an organic compound that exhibits piezoelectricity from the chemical structure of the molecule, and (a2) no piezoelectricity from the chemical structure of the molecule. It is a concept that includes both organic compounds that can exhibit piezoelectricity by adding processing that does not change the structure.
The organic piezoelectric material is an organic compound, and therefore has flexibility and molding processability not found in inorganic materials such as lead zirconate titanate (PZT), which is known as a general ferroelectric. Moreover, it is lightweight and excellent in cost (see Japanese Patent Publication No. 62-4873).
Furthermore, PZT, which is a general inorganic ferroelectric material, contains a lot of lead harmful to the human body and the environment, but the organic piezoelectric material does not contain lead, and therefore has an advantage that the influence on the human body and the environment is small.
However, organic piezoelectric materials, especially organic ferroelectrics, have many reports on ferroelectricity, but many studies have not yet been made on the structure of the device, and the devices being studied have a complicated structure and are extremely The cost is high (refer to JP-A-10-332509 and JP-A-2009-53109). Further, there has been little study on an element having a structure that separately senses pressure applied to a plurality of points in a plane using an organic piezoelectric material.
上記(a1)の有機化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン/トリフロロエチレン共重合体、ポリアミノ酸、ポリ乳酸、硫酸グリシン、ポリ尿素、ナイロン、強誘電性液晶、クロホン酸などが挙げられ、これらはいずれか1種であっても、2種以上の混合物であってもよい。また、上記(a2)の有機化合物としては、例えば、多孔質ポリオレフィンなどの多孔質樹脂(例えば、特開2012-124434号公報に記載の多孔質樹脂)が挙げられる。
これらの有機圧電体の中でも、印刷技法によって導体部間に充填または空隙が存在するように配置し得るという良好な加工性と、良好な圧電特性の観点から、ポリアミノ酸が特に好ましい材料である。好ましいポリアミノ酸の詳細については、後述する。Examples of the organic compound (a1) include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride / trifluoroethylene copolymer, polyamino acid, polylactic acid, glycine sulfate, polyurea, nylon, ferroelectric liquid crystal, and crophonic acid. These may be any one kind or a mixture of two or more kinds. Examples of the organic compound (a2) include porous resins such as porous polyolefin (for example, a porous resin described in JP2012-124434A).
Among these organic piezoelectric materials, polyamino acid is a particularly preferable material from the viewpoint of good workability that it can be arranged so that there is a filling or void between conductor portions by a printing technique and good piezoelectric properties. Details of preferred polyamino acids will be described later.
圧電性を示す有機材料としての上記(b)の複合材料は、上記(a)の有機圧電体を母材として、その中にさらに圧電性を有する別の材料からなる粒子状のフィラーが分散したものである。フィラーの材料としては、上記(a)の有機圧電体(母材とは異なる材料)や、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、天然もしくは人工の水晶、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸ニオブ酸カリウム[K(Ta,Nb)O3]、チタン酸バリウム(BaTiO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、および、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)などの無機強誘電体が挙げられる。
フィラーの粒子径は、例えば、顕微鏡によって得られる粒子像のフェレー(Feret)径(粒子を挟む一定方向の二本の平行線の間隔)を粒子径(定方向径とも呼ばれる)として採用すればよい。フィラーの粒子径は特に限定はされないが、母材の弾性や、硬化前の流動性を妨げないものであることが好ましく、例えば、平均粒子径として100nm〜5μm程度が挙げられる。
複合材料中のフィラーの含有量は特に限定はされないが、少ない場合はその圧電性が発現せず、多い場合は有機材料としての可とう性、加工性が損なわれてしまう。このため、5〜90重量%が好ましく、10〜80重量%がより好ましい。The composite material of (b) as an organic material exhibiting piezoelectricity has the organic piezoelectric body of (a) as a base material, and particulate fillers made of another material having further piezoelectricity are dispersed therein. Is. Examples of the filler material include the organic piezoelectric material (a) (material different from the base material), lead zirconate titanate (PZT), natural or artificial quartz, lithium niobate (LiNbO 3 ), niobium tantalate. Examples thereof include inorganic ferroelectrics such as potassium oxide [K (Ta, Nb) O 3 ], barium titanate (BaTiO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), and strontium titanate (SrTiO 3 ).
For the particle diameter of the filler, for example, a ferret diameter (interval between two parallel lines in a certain direction sandwiching the particles) of a particle image obtained by a microscope may be adopted as the particle diameter (also referred to as a constant direction diameter). . The particle size of the filler is not particularly limited, but is preferably one that does not hinder the elasticity of the base material and the fluidity before curing, and examples include an average particle size of about 100 nm to 5 μm.
The content of the filler in the composite material is not particularly limited. However, when the content is small, the piezoelectricity is not expressed, and when the content is large, the flexibility and workability as an organic material are impaired. For this reason, 5-90 weight% is preferable and 10-80 weight% is more preferable.
圧電性を示す有機材料としての上記(c)の複合材料は、圧電性を有しない有機材料を母材とし、その中に上記(b)と同様のフィラーが分散したものである。圧電性を有しない有機材料としては、一般的な樹脂、エラストマーなどであってよく、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂、天然ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴムなどのエラストマーなどが挙げられる。
複合材料中のフィラーの含有量は特に限定はされないが、少ない場合はその圧電性が発現せず、多い場合は有機材料としての可とう性、加工性が損なわれてしまう。このため、5〜90重量%が好ましく、10〜80重量%がより好ましい。The composite material of (c) as an organic material exhibiting piezoelectricity is a material in which an organic material not having piezoelectricity is used as a base material, and the same filler as in (b) is dispersed therein. The organic material that does not have piezoelectricity may be a general resin, an elastomer, and the like, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, an acrylic resin, a phenol resin, and a polyurethane resin, natural rubber, acrylic rubber, and nitrile rubber. And elastomers such as butadiene rubber.
The content of the filler in the composite material is not particularly limited. However, when the content is small, the piezoelectricity is not expressed, and when the content is large, the flexibility and workability as an organic material are impaired. For this reason, 5-90 weight% is preferable and 10-80 weight% is more preferable.
上記の圧電性を示す有機材料(上記(a)〜(c)の有機圧電体)には、圧電体、強誘電体としての効果が発揮される範囲で、上述した以外の他の各種樹脂や添加剤を特性の改質のために任意で含有させることができる。樹脂添加剤としては、例えばシリカ、タルク、硫酸バリウムなどの無機充填剤、顔料や染料などの着色剤、カーボンブラック、シリコンパウダー、ナイロンパウダー、フッ素パウダー、ゴム粒子等の有機充填剤、オルベン、ベントン等の増粘剤、シリコーン系、フッ素系、高分子系の消泡剤又はレベリング剤、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等、マレイミド化合物、ビスアリルナジイミド化合物、ビニルベンジル樹脂、ビニルベンジルエーテル樹脂の熱硬化性樹脂、トリアゾール化合物、チアゾール化合物、トリアジン化合物、ポルフィリン化合物等の密着性付与剤、等を挙げることができる。 The organic material exhibiting piezoelectricity (the organic piezoelectric bodies (a) to (c) described above) is not limited to the various resins other than those described above as long as the effects as a piezoelectric body and a ferroelectric body are exhibited. Additives can optionally be included for property modification. Examples of resin additives include inorganic fillers such as silica, talc, and barium sulfate, colorants such as pigments and dyes, organic fillers such as carbon black, silicon powder, nylon powder, fluorine powder, and rubber particles, orbene and benton. Thickeners such as silicone, fluorine, polymer defoamer or leveling agent, epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, polyurethane resin, maleimide compound, bisallyl nadiimide compound, vinyl benzyl resin, vinyl Examples thereof include thermosetting resins of benzyl ether resins, adhesion imparting agents such as triazole compounds, thiazole compounds, triazine compounds and porphyrin compounds.
本発明によるメンブレンスイッチの導体間に含まれた有機材料に対しては、圧電性を発現させる前処理や、圧電性を高めるための分極処理を施しても良い。
圧電性を発現させる前処理としては、例えば、コロナ放電等による電荷をトラップする処理が挙げられる。分極処理としては、例えば、有機材料を挟む両導体部間に、高圧直流定電圧電源などを用いて直流電圧を一定時間印可する処理が挙げられる。また、分極処理は、非加熱(例えば、5℃〜35℃程度の常温)で行ってもよいし、加熱下で行ってもよい。分極処理を加熱下で行う場合には、加熱温度は、対象とする有機材料のガラス転移点程度が好ましい温度として挙げられる。尚、有機材料が複合材料である場合には、その材料の組み合わせにもよるが、母材となっている有機材料のガラス転移点が好ましい加熱温度となる。The organic material contained between the conductors of the membrane switch according to the present invention may be subjected to pretreatment for developing piezoelectricity or polarization treatment for enhancing piezoelectricity.
Examples of the pretreatment for developing piezoelectricity include a treatment for trapping charges due to corona discharge or the like. Examples of the polarization process include a process in which a DC voltage is applied for a certain period of time using a high-voltage DC constant voltage power source or the like between both conductor portions sandwiching an organic material. Further, the polarization treatment may be performed without heating (for example, at a room temperature of about 5 ° C. to 35 ° C.) or under heating. When the polarization treatment is performed under heating, the heating temperature is preferably about the glass transition point of the target organic material. When the organic material is a composite material, although depending on the combination of the materials, the glass transition point of the organic material serving as the base material is a preferable heating temperature.
本発明によるメンブレンスイッチが検出可能な外部からの力は、導体部同士の間の距離や、導体部と有機材料との接触面積など、当該メンブレンスイッチの各部のサイズに応じて変更可能であるが、当該メンブレンスイッチが有用となるような一般的な用途では、検出すべき圧力の範囲としては、0MPa〜0.1MPa程度が例示される。 The external force that can be detected by the membrane switch according to the present invention can be changed according to the size of each part of the membrane switch, such as the distance between the conductor parts and the contact area between the conductor part and the organic material. In a general application where the membrane switch is useful, the pressure range to be detected is about 0 MPa to 0.1 MPa.
[ポリα−アミノ酸]
以下に、上記(a)の有機圧電体として特に好ましいポリα−アミノ酸について詳細に説明する。[Poly α-amino acid]
The poly α-amino acid that is particularly preferable as the organic piezoelectric body (a) will be described in detail below.
かかるポリα−アミノ酸は、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、シスチン、システイン、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、オルニチン、セリン、スレオニン、トリプトファン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシンおよびその誘導体から選択される1種類以上の単位を含有するポリα−アミノ酸であれば良い。中でも、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシンおよびその誘導体から選択される1種類以上の単位を含有するポリα−アミノ酸は溶解性の観点から好ましく、より好ましくはグルタミン酸、アスパラギン酸、リジンおよびその誘導体から選択される1種類以上の単位を含有するポリα−アミノ酸のホモポリマー、コポリマーが挙げられる。 Such poly α-amino acids are glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, arginine, asparagine, aspartic acid, cystine, cysteine, glutamine, glutamic acid, histidine, lysine, ornithine, serine, threonine, tryptophan, methionine, phenylalanine, tyrosine and Any poly α-amino acid containing one or more units selected from the derivatives thereof may be used. Among them, poly α-amino acids containing one or more units selected from arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, histidine, lysine, serine, threonine, tryptophan, tyrosine and derivatives thereof are preferable from the viewpoint of solubility. More preferable examples include homopolymers and copolymers of poly α-amino acids containing one or more units selected from glutamic acid, aspartic acid, lysine and derivatives thereof.
以下のポリα−アミノ酸は、溶解性と圧電特性の観点から好ましい。
式(I):The following poly α-amino acids are preferred from the viewpoints of solubility and piezoelectric properties.
Formula (I):
(式中、kは1または2の整数、R1はC1〜C8の置換もしくは非置換のアルキル基、または、ハロゲン原子、アルコキシ基もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基を表す。)で表される単位(以下、「式(I)の単位」とも略称する。)、
式(II):(In the formula, k represents an integer of 1 or 2, R 1 represents a C 1 to C 8 substituted or unsubstituted alkyl group, or a benzyl group which may be substituted with a halogen atom, an alkoxy group or a nitro group. )) (Hereinafter also abbreviated as “unit of formula (I)”),
Formula (II):
(式中、kは1または2の整数、R2はC3〜C16非置換アルキル基、または、水素原子の一部もしくは全部が、ハロゲン原子、C3〜C12脂環式炭化水素基、C1〜C6アルコキシ基、シアノ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいフェニルアルコキシ基もしくは置換基を有していてもよいフェニルアルキルカルバメート基で置換されたC1〜C6アルキル基を表す。但し、R2は式(I)のR1と同一の基となることはない。)で表される単位(以下、「式(II)の単位」とも略称する。)、
式(III):(In the formula, k is an integer of 1 or 2, R 2 is a C 3 to C 16 unsubstituted alkyl group, or a part or all of the hydrogen atoms are halogen atoms, C 3 to C 12 alicyclic hydrocarbon groups. , C 1 -C 6 alkoxy group, a cyano group, which may have a substituent phenyl group, which may have an optionally substituted phenylalkoxy group or a substituent phenyl carbamate group Represents a C 1 -C 6 alkyl group substituted with R 2 , wherein R 2 is not the same group as R 1 in formula (I) (hereinafter referred to as “formula (II)”. Abbreviated as "unit"),
Formula (III):
(式中、R3はメチル基、ベンジル基または−(CH2)4−NHX基(但し、Xはハロゲン原子もしくはC1〜C6アルコキシ基で置換されていてもよいベンジルオキシカルボニル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいC1〜C6アルキルカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フルオレニルアルコキシカルボニル基、C1〜C6アルキル基もしくはニトロ基で置換されてもよいベンゼンスルホニル基、またはC1〜C6アルキルオキシカルボニル基を表す。)を表す。)で表される単位(以下、「式(III)の単位」とも略称する。)、
式(IV):(Wherein R 3 is a methyl group, a benzyl group, or — (CH 2 ) 4 —NHX group (where X is a benzyloxycarbonyl group optionally substituted with a halogen atom or a C 1 -C 6 alkoxy group, a halogen atom) substituted C 1 optionally -C 6 alkylcarbonyl group atom, allyloxycarbonyl group, fluorenyl alkoxycarbonyl group, C 1 -C 6 alkyl group or a benzene sulfonyl group which may be substituted with a nitro group or, Represents a C 1 -C 6 alkyloxycarbonyl group.)) (Hereinafter also abbreviated as “unit of formula (III)”),
Formula (IV):
(式中、kは1または2の整数、R4はC1〜C12アルコキシ基、水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換されたC1〜C12アルキル基、または、C1〜C12アルキルカルボニル基を表し、m個のR4は同一でも異なってもよい。lは6〜12の整数、mは1〜3の整数を表す。)で表される単位(以下、「式(IV)の単位」とも略称する。)、および
式(V):(In the formula, k is an integer of 1 or 2, R 4 is a C 1 to C 12 alkoxy group, a C 1 to C 12 alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, or C 1 to C 12 alkyl group, m-number of R 4 is an integer of good .l be the same or different 6 to 12, m is. represents an integer of 1 to 3) units represented by (hereinafter, "the formula (Abbreviated as “unit of (IV)”), and formula (V):
(式中、R5は、水素原子、メチル基、−CH(OH)CH3、C3〜C4分岐鎖状アルキル基、または、―(CH2)n−Z(但し、nは1〜4の整数、Zはヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシ基、メチルスルファニル基、アミノ基、置換アリール基、アミノカルボニル基、−NH-C(NH2)=NH、
から選択される1種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である。(In the formula, R 5 represents a hydrogen atom, a methyl group, —CH (OH) CH 3, a C 3 to C 4 branched alkyl group, or — (CH 2 ) n —Z (where n is 1 to An integer of 4, Z is a hydroxy group, a mercapto group, a carboxy group, a methylsulfanyl group, an amino group, a substituted aryl group, an aminocarbonyl group, —NH—C (NH 2 ) ═NH,
It is a poly α-amino acid containing one or more units selected from
以下、式(I)〜式(V)の単位のそれぞれについて詳しく説明する。
[式(I)の単位]
式(I)の単位はグルタミン酸γ−エステル単位またはアスパラギン酸γ−エステル単位である。
式中のR1は、C1〜C8の置換もしくは非置換のアルキル基、または、ハロゲン原子、アルコキシ基もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基を表す。
「C1〜C8のアルキル基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−メチルブチル基、3−エチルブチル基、4−エチルブチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、5−メチルペンチル基、2−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、6−メチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、4−エチルヘキシル基、5−エチルヘキシル基、6−エチルヘキシル基、2−メチルヘプチル基、3−エチルヘプチル基、4−プロピルヘプチル基、2,3−ジメチルブチル基、2,4−ジメチルブチル基、4,4−ジプロピルブチル基、2−メチル−3−エチルペンチル基、2,3,4−トリメチルペンチル基などが挙げられる。好ましくはC1〜C6アルキル基、より好ましくはC1〜C3アルキル基であり、メチル基またはエチル基が特に好ましく、メチル基が最も好ましい。Hereinafter, each of the units of formula (I) to formula (V) will be described in detail.
[Units of Formula (I)]
The unit of formula (I) is a glutamic acid γ-ester unit or an aspartic acid γ-ester unit.
R 1 in the formula represents a C 1 to C 8 substituted or unsubstituted alkyl group, or a benzyl group which may be substituted with a halogen atom, an alkoxy group or a nitro group.
"Alkyl group of C 1 -C 8" is a linear or branched alkyl group, e.g., methyl group, ethyl group, n- propyl group, n- butyl group, n- pentyl group, n- Hexyl, n-heptyl, n-octyl, isopropyl, sec-butyl, tert-butyl, 2-methylbutyl, 3-ethylbutyl, 4-ethylbutyl, 2-methylpentyl, 3-methyl Pentyl group, 4-methylpentyl group, 5-methylpentyl group, 2-methylhexyl group, 3-methylhexyl group, 4-methylhexyl group, 5-methylhexyl group, 6-methylhexyl group, 3-ethylhexyl group, 4-ethylhexyl group, 5-ethylhexyl group, 6-ethylhexyl group, 2-methylheptyl group, 3-ethylheptyl group, 4-propylheptyl group, 2, - dimethylbutyl group, 2,4-dimethylbutyl group, 4,4-dipropyl butyl, 2-methyl-3-ethylpentyl group, a 2,3,4-trimethylpentyl group. Preferably C 1 -C 6 alkyl group, more preferably a C 1 -C 3 alkyl group, particularly preferably a methyl group or an ethyl group, most preferably a methyl group.
また「C1〜C8アルキル基」は水素原子の一部または全部が置換されていてもよいが、好ましくは非置換である。置換基を有する場合、置換基としては、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、アルコキシ基(好ましくはC1〜C6アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、メチレンジオキシ基等))等が挙げられる。The “C 1 -C 8 alkyl group” may be partially or wholly substituted with hydrogen atoms, but is preferably unsubstituted. When it has a substituent, examples of the substituent include a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc.), an alkoxy group (preferably a C 1 to C 6 alkoxy group (for example, a methoxy group, an ethoxy group, n -Propoxy group, n-butoxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, methylenedioxy group and the like)).
また、「ハロゲン原子、アルコキシ基もしくはニトロ基で置換されていてもよいベンジル基」において、「ハロゲン原子」は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、なかでもフッ素原子、臭素原子または塩素原子が好ましい。「アルコキシ基」は直鎖状、分岐鎖状または環状のアルコキシ基であり、好ましくはC1〜C6アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、およびメチレンジオキシ基等)であり、より好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、メチレンジオキシ基であり、特に好ましくはメトキシ基である。In the “benzyl group optionally substituted with a halogen atom, alkoxy group or nitro group”, the “halogen atom” includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc., among which a fluorine atom, A bromine atom or a chlorine atom is preferred. The “alkoxy group” is a linear, branched or cyclic alkoxy group, preferably a C 1 to C 6 alkoxy group (eg, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butoxy group, n- A pentyloxy group, an n-hexyloxy group, a methylenedioxy group, and the like, more preferably a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, and a methylenedioxy group, and particularly preferably a methoxy group.
「ハロゲン原子、アルコキシ基もしくはニトロ基で置換されてもよいベンジル基」の好ましい例としては、p−ブロモベンジル基、p−クロロベンジル基、p−フルオロベンジル基、p−メトキシベンジル基、2,6−ジメトキシベンジル基、3,4−メチレンジオキシベンジル基、o−ニトロベンジル基、p−ニトロベンジル基、2−ニトロ−4,5−ジメトキシベンジル基、ベンジル基が挙げられ、なかでも、p−メトキシベンジル基、p−ニトロベンジル基、ベンジル基がより好ましく、ベンジル基が特に好ましい。 Preferred examples of the “benzyl group optionally substituted with a halogen atom, alkoxy group or nitro group” include p-bromobenzyl group, p-chlorobenzyl group, p-fluorobenzyl group, p-methoxybenzyl group, 2, Examples include 6-dimethoxybenzyl group, 3,4-methylenedioxybenzyl group, o-nitrobenzyl group, p-nitrobenzyl group, 2-nitro-4,5-dimethoxybenzyl group, and benzyl group. -Methoxybenzyl group, p-nitrobenzyl group and benzyl group are more preferable, and benzyl group is particularly preferable.
R1の好ましい態様はメチル基またはベンジル基である。A preferred embodiment of R 1 is a methyl group or a benzyl group.
[式(II)の単位]
式(II)の単位はグルタミン酸γ−エステル単位またはアスパラギン酸γ−エステル単位である。
式中のR2は、C3〜C16非置換アルキル基、または、水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子、C3〜C12脂環式炭化水素基、C1〜C6アルコキシ基、シアノ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいフェニルアルコキシ基もしくは置換基を有していてもよいフェニルアルキルカルバメート基で置換されたC1〜C6アルキル基を表す。但し、式中のR2は、式(I)中のR1と同一基となることはない。[Unit of Formula (II)]
The unit of formula (II) is a glutamic acid γ-ester unit or an aspartic acid γ-ester unit.
R 2 in the formula is a C 3 to C 16 unsubstituted alkyl group, or a part or all of hydrogen atoms are halogen atoms, C 3 to C 12 alicyclic hydrocarbon groups, C 1 to C 6 alkoxy groups, C 1 -C 6 substituted with a cyano group, an optionally substituted phenyl group, an optionally substituted phenylalkoxy group or an optionally substituted phenylalkylcarbamate group Represents an alkyl group. However, R 2 in the formula is not the same group as R 1 in the formula (I).
「C3〜C16非置換アルキル基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であり、例えば、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、3−エチルブチル基、4−エチルブチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、5−メチルペンチル基、2−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、6−メチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、4−エチルヘキシル基、5−エチルヘキシル基、6−エチルヘキシル基、4−プロピルヘキシル基、5−プロピルヘキシル基、6−プロピルヘキシル基、5−ブチルヘキシル基、6−ブチルへキシル基、6−ペンチルヘキシル基、2−メチルヘプチル基、3−エチルヘプチル基、4−プロピルヘプチル基、5−ブチルヘプチル基、6−ペンチルヘプチル基、7−ヘキシルヘプチル基、2−メチルオクチル基、3−エチルオクチル基、4−プロピルオクチル基、5−ブチルオクチル基、6−ペンチルオクチル基、7−ヘキシルオクチル基、8−ヘプチルオクチル基、2−メチルノニル基、3−エチルノニル基、4−プロピルノニル基、5−ブチルノニル基、6−ペンチルノニル基、7−ヘキシルノニル基、8−ヘプチルノニル基、2−メチルデシル基、2−メチルウンデシル基、2−メチルドデシル基、2−メチルトリデシル基、2−メチルテトラデシル基、2−メチルペンタデシル基、3,3−ジエチルプロピル基、2,3−ジメチルブチル基、2,4−ジメチルブチル基、4,4−ジプロピルブチル基、2−メチル−3−エチルペンチル基、2,3,4−トリメチルペンチル基、2−メチル−3−プロピルヘキシル基などが挙げられる。The “C 3 -C 16 unsubstituted alkyl group” is a linear or branched alkyl group such as n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n- Heptyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, 3- Ethylbutyl group, 4-ethylbutyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group, 5-methylpentyl group, 2-methylhexyl group, 3-methylhexyl group, 4-methylhexyl group, 5-methylhexyl group, 6-methylhexyl group, 3-ethylhexyl group, 4-ethylhexyl group, 5-ethylhexyl group, 6-ethylhexyl group, 4-propylhexyl 5-propylhexyl group, 6-propylhexyl group, 5-butylhexyl group, 6-butylhexyl group, 6-pentylhexyl group, 2-methylheptyl group, 3-ethylheptyl group, 4-propylheptyl group, 5-butylheptyl group, 6-pentylheptyl group, 7-hexylheptyl group, 2-methyloctyl group, 3-ethyloctyl group, 4-propyloctyl group, 5-butyloctyl group, 6-pentyloctyl group, 7- Hexyloctyl group, 8-heptyloctyl group, 2-methylnonyl group, 3-ethylnonyl group, 4-propylnonyl group, 5-butylnonyl group, 6-pentylnonyl group, 7-hexylnonyl group, 8-heptylnonyl group, 2- Methyldecyl group, 2-methylundecyl group, 2-methyldodecyl group, 2-methyltridecyl group, 2-methyl Tetradecyl group, 2-methylpentadecyl group, 3,3-diethylpropyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 2,4-dimethylbutyl group, 4,4-dipropylbutyl group, 2-methyl-3-ethyl A pentyl group, a 2,3,4-trimethylpentyl group, a 2-methyl-3-propylhexyl group, and the like can be given.
かかる「C3〜C16非置換アルキル基」は「C6〜C16非置換アルキル基」が好ましく、「C6〜C16直鎖状非置換アルキル基」がより好ましく、「C6〜C12直鎖状非置換アルキル基(すなわち、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基等)」がさらに好ましく、とりわけ好ましくはn−ヘキシル基またはn−ドデシル基である。Such "C 3 -C 16 unsubstituted alkyl group", "C 6 -C 16 unsubstituted alkyl group" is preferably "C 6 -C 16 linear unsubstituted alkyl group" is more preferred, "C 6 -C 12 linear unsubstituted alkyl groups (ie, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group, etc.) " Particularly preferred is an n-hexyl group or an n-dodecyl group.
「水素原子の一部もしくは全部が、ハロゲン原子、C3〜C12脂環式炭化水素基、C1〜C6アルコキシ基、シアノ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいフェニルアルコキシ基もしくは置換基を有していてもよいフェニルアルキルカルバメート基で置換されたC1〜C6アルキル基」において、「C1〜C6アルキル基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−メチルブチル基、3−エチルブチル基などが挙げられる。「C1〜C6アルキル基」は「C1〜C3アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基)」が好ましく、より好ましくはメチル基、エチル基である。
「ハロゲン原子」は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、なかでもフッ素原子、臭素原子、塩素原子が好ましい。
「C3〜C12脂環式炭化水素基」は、飽和または不飽和の脂環式炭化水素基であり、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、デカヒドロナフチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、イソボルニル基などが挙げられる。「C3〜C12脂環式炭化水素基」は「C6〜C8の飽和脂環式炭化水素基(すなわち、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基)」が好ましく、より好ましくは、シクロヘキシル基、ノルボルニル基であり、さらに好ましくは、ノルボルニル基である。
「C1〜C6のアルコキシ基」は、直鎖状でも分岐鎖状でもよいが、好ましくは直鎖状アルコキシ基であり、また、アルキル鎖にエーテル結合を含んでいてもよい。例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−メトキシエトキシ基、n−エトキシエトキシ基、n−メトキシエトキシエトキシ基およびn−エトキシエトキシエトキシ基が挙げられ、好ましくは、メトキシ基、エトキシ基またはn−プロポキシ基であり、より好ましくはエトキシ基である。
「置換基を有していてもよいフェニル基」は非置換のフェニル基または水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、C1〜C6アルコキシ基等で置換されたフェニル基であり、例えば、フェニル基、p−フルオロフェニル基、p−クロロフェニル基、3,5−ジフルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、o−メトキシフェニル基、m−メトキシフェニル基、p−メトキシフェニル基、p−エトキシフェニル基、p−プロポキシフェニル基、p−ブトキシフェニル基、p−ペンチルオキシフェニル基、p−ヘキシルオキシフェニル基、3,5−ジメトキシフェニル基、3,5−エトキシメトキシフェニル基、3,5−エトキシエトキシフェニル基、3,5−メトキシエトキシフェニル基がなど挙げられ、好ましくはフェニル基、p−フルオロフェニル基、p−メトキシフェニル基、p−ヘキシルオキシフェニル基、3,5−エトキシエトキシフェニル基であり、より好ましくはフェニル基、p−メトキシフェニル基である。
「置換基を有していてもよいフェニルアルコキシ基」は、非置換のフェニルアルコキシ基または水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、C1〜C6アルコキシ基等で置換されたフェニルアルコキシ基であり、例えば、ベンジルオキシ基、フェニルエトキシ基、p−フルオロベンジルオキシ基、3,5−ジフルオロベンジルオキシ基、p−メトキシベンジルオキシ基、3,5−ジメトキシベンジルオキシ基などが挙げられ、好ましくはベンジルオキシ基、フェニルエトキシ基、p−フルオロベンジルオキシ基、p−メトキシベンジルオキシ基であり、さらに好ましくはベンジルオキシ基、フェニルエトキシ基である。
「置換基を有していてもよいフェニルアルキルカルバメート基」は非置換のフェニルアルキルカルバメート基または水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)、C1〜C6アルコキシ基等で置換されたフェニルアルキルカルバメート基であり、例えば、ベンジルカルバメート基、p−フルオロベンジルカルバメート基、3,5−ジフルオロベンジルカルバメート基、p−メトキシベンジルカルバメート基、3,5−ジメトキシベンジルカルバメート基、p−メトキシベンジルカルバメート基、3,5−ジメトキシベンジルカルバメート基、フェニルエチルカルバメート基、フェニルプロピルカルバメート基が挙げられ、好ましくはベンジルカルバメート基である。“A part or all of hydrogen atoms are halogen atoms, C 3 to C 12 alicyclic hydrocarbon groups, C 1 to C 6 alkoxy groups, cyano groups, phenyl groups which may have substituents, substituents in C 1 -C 6 alkyl group "substituted by also phenyl carbamate group optionally having a phenyl alkoxy group or a substituent optionally having," C 1 -C 6 alkyl group ", straight A linear or branched alkyl group, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, isopropyl group, sec-butyl group, tert- A butyl group, 2-methylbutyl group, 3-ethylbutyl group, etc. are mentioned. The “C 1 -C 6 alkyl group” is preferably “C 1 -C 3 alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group)”, more preferably methyl group or ethyl group.
Examples of the “halogen atom” include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, and among them, a fluorine atom, a bromine atom and a chlorine atom are preferable.
The “C 3 -C 12 alicyclic hydrocarbon group” is a saturated or unsaturated alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group. Group, cyclononyl group, cyclodecyl group, decahydronaphthyl group, norbornyl group, adamantyl group, isobornyl group and the like. “C 3 -C 12 alicyclic hydrocarbon group” is preferably “C 6 -C 8 saturated alicyclic hydrocarbon group (that is, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, norbornyl group)”, more Preferred are a cyclohexyl group and a norbornyl group, and more preferred is a norbornyl group.
The “C 1 -C 6 alkoxy group” may be linear or branched, but is preferably a linear alkoxy group, and may contain an ether bond in the alkyl chain. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butoxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, n-methoxyethoxy group, n-ethoxyethoxy group, n-methoxyethoxyethoxy group and n -An ethoxy ethoxy ethoxy group is mentioned, Preferably it is a methoxy group, an ethoxy group, or n-propoxy group, More preferably, it is an ethoxy group.
The “optionally substituted phenyl group” is an unsubstituted phenyl group or a part or all of hydrogen atoms are halogen atoms (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.), C 1 to C 6. A phenyl group substituted with an alkoxy group, such as a phenyl group, p-fluorophenyl group, p-chlorophenyl group, 3,5-difluorophenyl group, pentafluorophenyl group, o-methoxyphenyl group, m-methoxy; Phenyl group, p-methoxyphenyl group, p-ethoxyphenyl group, p-propoxyphenyl group, p-butoxyphenyl group, p-pentyloxyphenyl group, p-hexyloxyphenyl group, 3,5-dimethoxyphenyl group, 3 , 5-ethoxymethoxyphenyl group, 3,5-ethoxyethoxyphenyl group, 3,5-methoxyethoxyphenyl A phenyl group, a p-fluorophenyl group, a p-methoxyphenyl group, a p-hexyloxyphenyl group, and a 3,5-ethoxyethoxyphenyl group, more preferably a phenyl group, p- It is a methoxyphenyl group.
The “optionally substituted phenylalkoxy group” is an unsubstituted phenylalkoxy group or a part or all of hydrogen atoms are halogen atoms (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.), C 1 -C 6 phenyl alkoxy group substituted with an alkoxy group such as, for example, benzyloxy group, phenylethoxy group, p- fluorobenzyloxy group, 3,5-difluorobenzyl group, p- methoxybenzyl group, 3 , 5-dimethoxybenzyloxy group, preferably benzyloxy group, phenylethoxy group, p-fluorobenzyloxy group, p-methoxybenzyloxy group, more preferably benzyloxy group, phenylethoxy group. .
An “optionally substituted phenylalkylcarbamate group” is an unsubstituted phenylalkylcarbamate group or a part or all of hydrogen atoms are halogen atoms (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.), C A phenylalkyl carbamate group substituted with a 1 to C 6 alkoxy group, such as a benzyl carbamate group, a p-fluorobenzyl carbamate group, a 3,5-difluorobenzyl carbamate group, a p-methoxybenzyl carbamate group, 3, 5 -Dimethoxybenzyl carbamate group, p-methoxybenzyl carbamate group, 3,5-dimethoxybenzyl carbamate group, phenylethyl carbamate group and phenylpropyl carbamate group are mentioned, and benzyl carbamate group is preferable.
R2の好ましい態様は「C6〜C16非置換アルキル基、または、水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子もしくはC3〜C12脂環式炭化水素基で置換されたC1〜C6置換アルキル基」であり、より好ましい態様は「C6〜C16非置換アルキル基、または、水素原子の一部もしくは全部がフッ素原子もしくはノルボルニル基で置換されたC1〜C6置換アルキル基」であり、R2の特に好ましい例としては、n−ヘキシル基、n−ドデシル基、2−ノルボニルメチル基、または2,2,2−トリフルオロエチル基が挙げられる。A preferred embodiment of R 2 is “C 6 -C 16 unsubstituted alkyl group, or C 1 -C 6 wherein some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms or C 3 -C 12 alicyclic hydrocarbon groups”. A substituted alkyl group ", and a more preferred embodiment is a" C 6 -C 16 unsubstituted alkyl group, or a C 1 -C 6 substituted alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms or norbornyl groups " Particularly preferred examples of R 2 include an n-hexyl group, an n-dodecyl group, a 2-norbornylmethyl group, and a 2,2,2-trifluoroethyl group.
[式(III)の単位]
式(III)の単位は、アラニン単位、フェニルアラニン単位およびリジン誘導体単位を含む。
式中のR3は、メチル基、ベンジル基または−(CH2)4−NHX基(但し、Xはハロゲン原子もしくはC1〜C6アルコキシ基で置換されていてもよいベンジルオキシカルボニル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいC1〜C6アルキルカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フルオレニルアルコキシカルボニル基、C1〜C6アルキル基もしくはニトロ基で置換されてもよいベンゼンスルホニル基、またはC1〜C6アルキルオキシカルボニル基を表す。)を表す。[Unit of Formula (III)]
The unit of formula (III) includes an alanine unit, a phenylalanine unit and a lysine derivative unit.
In the formula, R 3 represents a methyl group, a benzyl group or a — (CH 2 ) 4 —NHX group (where X is a benzyloxycarbonyl group which may be substituted with a halogen atom or a C 1 to C 6 alkoxy group, a halogen atom) substituted C 1 optionally -C 6 alkylcarbonyl group atom, allyloxycarbonyl group, fluorenyl alkoxycarbonyl group, C 1 -C 6 alkyl group or a benzene sulfonyl group which may be substituted with a nitro group or, represents a C 1 -C 6 alkyloxycarbonyl group.) represents the.
リジン誘導体単位、すなわち、式中のR3が「−(CH2)4−NHX基」からなる単位において、
Xが「置換ベンジルオキシカルボニル基」である場合の置換基である「C1〜C6アルコキシ基」は、直鎖状でも分岐鎖状でもよいが、好ましくは直鎖状アルコキシ基であり、また、アルキル鎖にエーテル結合を含んでいてもよい。例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−メトキシエトキシ基、n−エトキシエトキシ基、n−メトキシエトキシエトキシ基およびn−エトキシエトキシエトキシ基が挙げられる。
また、Xが「C1〜C6アルキルカルボニル基」である場合の「C1〜C6アルキル基」、および、Xが「置換ベンゼンスルホニル基」である場合の置換基である「C1〜C6アルキル基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、イソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、2−メチルブチル基、3−エチルブチル基などが挙げられる。
なお、リジン誘導体単位は、式中のR3が−(CH2)4−NH−CO−CH2−C6H5であるNε−ベンジルオキシカルボニルリジン単位が好ましい。In a lysine derivative unit, that is, a unit in which R 3 is a “— (CH 2 ) 4 —NHX group”,
The “C 1 -C 6 alkoxy group” which is a substituent when X is a “substituted benzyloxycarbonyl group” may be linear or branched, but is preferably a linear alkoxy group, The alkyl chain may contain an ether bond. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butoxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, n-methoxyethoxy group, n-ethoxyethoxy group, n-methoxyethoxyethoxy group and n -An ethoxyethoxy ethoxy group is mentioned.
Further, "C 1 -C 6 alkyl group" when X is a "C 1 -C 6 alkylcarbonyl group", and, X is a substituent when it is "substituted benzenesulfonyl group", "C 1 ~ The “C 6 alkyl group” is a linear or branched alkyl group, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, isopropyl group. , Sec-butyl group, tert-butyl group, 2-methylbutyl group, 3-ethylbutyl group and the like.
The lysine derivative unit is preferably an N ε -benzyloxycarbonyl lysine unit in which R 3 is — (CH 2 ) 4 —NH—CO—CH 2 —C 6 H 5 .
[式(IV)の単位]
式(IV)の単位は、グルタミン酸γ−エステル単位またはアスパラギン酸γ−エステル単位である。
式中のR4は、C1〜C12アルコキシ基、水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換されたC1〜C12アルキル基、または、C1〜C12アルキルカルボニル基を表し、m個のR4は同一でも異なってもよい。
R4における「C1〜C12アルコキシ基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルコキシ基であり、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、イソプロポキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、およびtert−オクチルオキシ基が挙げられる。なかでも、C1〜C6アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、イソプロポキシ基、sec−ブトキシ基、またはtert−ブトキシ基等)が好ましく、メトキシ基、n−ブトキシ基、n−ヘキシルオキシ基がより好ましい。[Unit of Formula (IV)]
The unit of formula (IV) is a glutamic acid γ-ester unit or an aspartic acid γ-ester unit.
R 4 in the formula represents a C 1 to C 12 alkoxy group, a C 1 to C 12 alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom, or a C 1 to C 12 alkylcarbonyl group, The m R 4 may be the same or different.
The “C 1 -C 12 alkoxy group” in R 4 is a linear or branched alkoxy group such as a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an n-butoxy group, or an n-pentyloxy group. N-hexyloxy group, n-heptyloxy group, n-octyloxy group, n-nonyloxy group, n-decyloxy group, n-undecyloxy group, n-dodecyloxy group, isopropoxy group, sec-butoxy group , Tert-butoxy group, 2-ethylhexyloxy group, and tert-octyloxy group. Among them, C 1 to C 6 alkoxy groups (for example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, n-butoxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, isopropoxy group, sec-butoxy group, Or a tert-butoxy group or the like), and a methoxy group, an n-butoxy group, or an n-hexyloxy group is more preferable.
「水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換されたC1〜C12アルキル基」は、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基であり、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、およびヨウ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子が挙げられる。かかるハロゲン置換アルキル基としては、例えば、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、トリフルオロジメチルエチル基、ヘキサフルオロイソプロピル基、ペンタフルオロエチル基、トリフルオロブチル基、ペンタフルオロブチル基、ヘプタフルオロブチル基、ノナフルオロブチル基、トリフルオロペンチル基、トリフルオロヘプチル基、トリフルオロオクチル基、トリフルオロノニル基、トリフルオロデシル基、トリフルオロウンデシル基、トリフルオロドデシル基、ペンタフルオロペンチル基、ヘプタフルオロペンチル基、オクタフルオロペンチル基、ノナフルオロペンチル基、ドデカフルオロヘキシル基、トリデカフルオロヘキシル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ヘンイコサフルオロウンデシル基、ヘプタデカフルオロウンデシル基、ヘンイコサフルオロデシル基、ヘンイコサフルオロドデシル基、トリクロロメチル基、トリクロロエチル基、トリブロモメチル基、トリブロモエチル基、トリヨードメチル基、およびトリヨードエチル基が挙げられ、中でも、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロエチル基が好ましく、トリフルオロメチル基がより好ましい。The “C 1 -C 12 alkyl group in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom” is a linear or branched alkyl group, and examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, bromine An atom and an iodine atom are mentioned, Preferably a fluorine atom is mentioned. Examples of the halogen-substituted alkyl group include a monofluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a trifluoroethyl group, a trifluorodimethylethyl group, a hexafluoroisopropyl group, a pentafluoroethyl group, a trifluorobutyl group, Pentafluorobutyl group, heptafluorobutyl group, nonafluorobutyl group, trifluoropentyl group, trifluoroheptyl group, trifluorooctyl group, trifluorononyl group, trifluorodecyl group, trifluoroundecyl group, trifluorododecyl group , Pentafluoropentyl group, heptafluoropentyl group, octafluoropentyl group, nonafluoropentyl group, dodecafluorohexyl group, tridecafluorohexyl group, heptadecafluorooctyl group, heny Safluoroundecyl group, heptadecafluoroundecyl group, henicosafluorodecyl group, henicosafluorododecyl group, trichloromethyl group, trichloroethyl group, tribromomethyl group, tribromoethyl group, triiodomethyl group, And a triiodoethyl group, among which a trifluoromethyl group or a trifluoroethyl group is preferable, and a trifluoromethyl group is more preferable.
「C1〜C12アルキルカルボニル基」は、直鎖状または分岐鎖状であり、例えば、メチルカルボニル、エチルカルボニル、n−プロピルカルボニル、イソプロピルカルボニル、n−ブチルカルボニル、イソブチルカルボニル、tert−ブチルカルボニル、sec−ブチルカルボニル、n−ペンチルカルボニル、イソペンチルカルボニル、ネオペンチルカルボニル、n−ヘキシルカルボニル、イソヘキシルカルボニル、3−メチルペンチルカルボニル、n−ヘプチルカルボニル、n−オクチルカルボニル、n−ノニルカルボニル、n−デシルカルボニル、n−ウンデシルカルボニル、およびn−ドデシルカルボニルを挙げることができる。なかでも、C3〜C9アルキルカルボニル基が好ましく、n−プロピルカルボニル、イソプロピルカルボニル、n−ブチルカルボニル、イソブチルカルボニル、tert−ブチルカルボニル、sec−ブチルカルボニル、n−ペンチルカルボニル、イソペンチルカルボニル、ネオペンチルカルボニル、n−ヘキシルカルボニル、イソヘキシルカルボニル、n−ヘプチルカルボニル、n−オクチルカルボニルがより好ましく、n−ヘキシルカルボニルが特に好ましい。The “C 1 -C 12 alkylcarbonyl group” is linear or branched, for example, methylcarbonyl, ethylcarbonyl, n-propylcarbonyl, isopropylcarbonyl, n-butylcarbonyl, isobutylcarbonyl, tert-butylcarbonyl , Sec-butylcarbonyl, n-pentylcarbonyl, isopentylcarbonyl, neopentylcarbonyl, n-hexylcarbonyl, isohexylcarbonyl, 3-methylpentylcarbonyl, n-heptylcarbonyl, n-octylcarbonyl, n-nonylcarbonyl, n Mention may be made of -decylcarbonyl, n-undecylcarbonyl and n-dodecylcarbonyl. Among them, preferred is C 3 -C 9 alkyl group, n- propyl carbonyl, isopropyl-carbonyl, n- butylcarbonyl, iso-butylcarbonyl, tert- butylcarbonyl, sec- butylcarbonyl, n- pentylcarbonyl, isopentyl carbonyl, neo Pentylcarbonyl, n-hexylcarbonyl, isohexylcarbonyl, n-heptylcarbonyl and n-octylcarbonyl are more preferred, and n-hexylcarbonyl is particularly preferred.
R4の好ましい態様は、C1〜C6アルコキシ基、水素原子の一部もしくは全部がフッ素原子で置換されたC1〜C12アルキル基、C3〜C9アルキルカルボニル基であり、R4の特に好ましい例としては、メトキシ基、n−ブトキシ基、n−ヘキシルオキシ基、トリフルオロメチル基、またはn−ヘキシルカルボニル基が挙げられる。A preferred embodiment of R 4 is a C 1 to C 6 alkoxy group, a C 1 to C 12 alkyl group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms, and a C 3 to C 9 alkyl carbonyl group, and R 4 Particularly preferred examples of are methoxy group, n-butoxy group, n-hexyloxy group, trifluoromethyl group, and n-hexylcarbonyl group.
lは6〜12の整数、好ましくは6〜10の整数を表す。また、mは1〜3の整数、好ましくは1または2を表し、mが2または3の場合、2個または3個のR4は同一でも、異なっていてもよいが、同一であるのが好ましい。l represents an integer of 6 to 12, preferably an integer of 6 to 10. M represents an integer of 1 to 3, preferably 1 or 2, and when m is 2 or 3, two or three R 4 may be the same or different, but they are the same. preferable.
[式(V)の単位]
式中のR5は、水素原子、メチル基、−CH(OH)CH3、C3〜C4分岐鎖状アルキル基、または、―(CH2)n−Z(但し、nは1〜4の整数、Zはヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシ基、メチルスルファニル基、アミノ基、置換アリール基、アミノカルボニル基、−NH-C(NH2)=NH、
R 5 in the formula is a hydrogen atom, a methyl group, —CH (OH) CH 3, a C 3 to C 4 branched alkyl group, or — (CH 2 ) n —Z (where n is 1 to 4). , Z is a hydroxy group, a mercapto group, a carboxy group, a methylsulfanyl group, an amino group, a substituted aryl group, an aminocarbonyl group, —NH—C (NH 2 ) ═NH,
「C3〜C4分岐鎖状アルキル基」は、好ましくはイソプロピル基、sec−ブチル基である。また、「―(CH2)n−Z基」におけるnは1〜4の整数である。また、Zにおける「置換アリール基」は、水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)またはヒドロキシ基で置換された、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、好ましくは、4−ヒドロキシフェニル基、フェニル基が挙げられ、特に好ましくは4−ヒドロキシフェニル基である。The “C 3 -C 4 branched alkyl group” is preferably an isopropyl group or a sec-butyl group. N in the “— (CH 2 ) n —Z group” is an integer of 1 to 4. Further, the “substituted aryl group” in Z is a phenyl group, a naphthyl group, or the like in which part or all of the hydrogen atoms are substituted with a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, etc.) or a hydroxy group. 4-hydroxyphenyl group and phenyl group are preferable, and 4-hydroxyphenyl group is particularly preferable.
式(V)の単位の好ましい態様は、R5が水素原子、4−アミノブチル基、4−ヒドロキシベンジル基、アミノカルボニルエチル基、または−(CH2)3−NH-C(NH2)=NH基である単位である。In a preferred embodiment of the unit of the formula (V), R 5 is a hydrogen atom, 4-aminobutyl group, 4-hydroxybenzyl group, aminocarbonylethyl group, or — (CH 2 ) 3 —NH—C (NH 2 ) ═ It is a unit that is an NH group.
かかる式(I)の単位〜式(V)の単位から選択される1種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸は、式(I)の単位のホモコポリマー、式(II)の単位のホモポリマー、式(III)の単位のホモポリマー、式(IV)の単位のホモポリマー、および式(V)の単位のホモポリマーを含む。また、コポリマーである場合、式(I)の単位のうちの2種以上の単位からなるコポリマー、式(II)の単位のうちの2種以上の単位からなるコポリマー、式(III)の単位のうちの2種以上の単位からなるコポリマー、式(IV)の単位のうちの2種以上の単位からなるコポリマー、式(V)の単位のうちの2種以上の単位からなるコポリマー、および式(I)の単位〜式(V)の単位のうちの2以上の異なる式の単位からなるコポリマーを含む。コポリマーの重合形態は、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。 The poly α-amino acid containing one or more units selected from the unit of the formula (I) to the unit of the formula (V) is a homocopolymer of the unit of the formula (I), a homo of the unit of the formula (II) Polymers, homopolymers of units of formula (III), homopolymers of units of formula (IV), and homopolymers of units of formula (V). In the case of a copolymer, a copolymer composed of two or more units of the units of the formula (I), a copolymer composed of two or more units of the units of the formula (II), a unit of the units of the formula (III) A copolymer consisting of two or more units, a copolymer consisting of two or more units of the units of formula (IV), a copolymer consisting of two or more units of the units of formula (V), and the formula ( Copolymers comprising units of two or more different formulas from units I) to units of formula (V) are included. The polymerization form of the copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.
なお、ポリα−アミノ酸において、式(I)〜式(V)の単位を構成するα−アミノ酸はいずれもL体でも、D体でもよいが、好ましくは、L体である。 In the poly α-amino acid, the α-amino acids constituting the units of the formulas (I) to (V) may be either L-form or D-form, but are preferably L-form.
ホモポリマーの具体例としては、ポリ(DL−アラニン)、ポリ(γ−メチル−L−グルタミン酸)、ポリ(γ−ベンジル−L−グルタミン酸)、ポリ(L−アルギニン)、ポリ(L−リジン)、ポリ(L−チロシン)、ポリ(L−グリシン)等が挙げられる。 Specific examples of the homopolymer include poly (DL-alanine), poly (γ-methyl-L-glutamic acid), poly (γ-benzyl-L-glutamic acid), poly (L-arginine), and poly (L-lysine). , Poly (L-tyrosine), poly (L-glycine) and the like.
コポリマーの好ましい態様としては、
式(I)の単位のうちの2種以上の単位を含むコポリマー(例えば、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ベンジル−L−グルタミン酸コポリマー(好ましくは、γ−メチル−L−グルタミン酸(5〜95モル%)/γ−ベンジル−L−グルタミン酸(5〜95モル%)コポリマー))が挙げられる。また、(A):式(I)の単位のうちの1種以上の単位と、(B):式(II)の単位、式(III)の単位、および式(IV)の単位から選択される1種以上の単位とを含むコポリマーが挙げられる。特に好ましい態様は、(A):式(I)の単位のうちの1種以上の単位と、(B):式(II)の単位、式(III)の単位、および式(IV)の単位から選択される1種以上の単位とを含むコポリマーである。
(A)の単位と(B)の単位とを含むコポリマーにおいては、より良好な圧電性のポリα−アミノ酸が得られる点から、(A)の単位が、式(I)中のR1がベンジル基である、グルタミン酸γ−ベンジルエステル単位からなるコポリマーが特に好ましい。また、(B)の単位が式(II)の単位もしくは式(IV)の単位からなるコポリマーである場合、コポリマーはランダム共重合体であるのが好ましく、(B)の単位が式(III)の単位からなるコポリマーである場合、コポリマーはブロック共重合体であることが好ましく、(A)−(B)型ブロック共重合体または(A)−(B)−(A)型ブロック共重合体が特に好ましい。As a preferred embodiment of the copolymer,
A copolymer comprising two or more units of the unit of formula (I) (for example, γ-methyl-L-glutamic acid / γ-benzyl-L-glutamic acid copolymer (preferably γ-methyl-L-glutamic acid (5 95 mol%) / γ-benzyl-L-glutamic acid (5-95 mol%) copolymer)). (A): one or more units of the units of formula (I), and (B): a unit of formula (II), a unit of formula (III), and a unit of formula (IV) And copolymers containing one or more units. Particularly preferred embodiments are: (A): one or more units of units of formula (I), (B): units of formula (II), units of formula (III), and units of formula (IV) A copolymer comprising one or more units selected from:
In the copolymer containing the unit of (A) and the unit of (B), the unit of (A) is R 1 in the formula (I) from the viewpoint that a better piezoelectric poly α-amino acid is obtained. A copolymer consisting of glutamic acid γ-benzyl ester units which are benzyl groups is particularly preferred. When the unit of (B) is a copolymer comprising the unit of formula (II) or the unit of formula (IV), the copolymer is preferably a random copolymer, and the unit of (B) is represented by formula (III) In the case of a copolymer consisting of the following units, the copolymer is preferably a block copolymer, and is a (A)-(B) type block copolymer or (A)-(B)-(A) type block copolymer. Is particularly preferred.
(A)の単位と(B)の単位とを含むコポリマーの全単位中における(A)の単位の含有量は、(B)の単位の種類によって異なるが、0.01モル%〜90モル%が好ましい。上限値は、85モル%が好ましく、80モル%がより好ましく、60モル%がさらに好ましい。下限値は0.1モル%が好ましく、1モル%がより好ましく、5モル%がさらに好ましく、10モル%がさらにより好ましく、15モル%がさらに好ましく、20モル%がさらに好ましく、40モル%がさらに好ましい。 The content of the unit (A) in all units of the copolymer containing the unit (A) and the unit (B) varies depending on the type of the unit (B), but is 0.01 mol% to 90 mol%. Is preferred. The upper limit is preferably 85 mol%, more preferably 80 mol%, and even more preferably 60 mol%. The lower limit is preferably 0.1 mol%, more preferably 1 mol%, still more preferably 5 mol%, still more preferably 10 mol%, still more preferably 15 mol%, still more preferably 20 mol%, and 40 mol%. Is more preferable.
また、(B)の単位の含有量は、(B)の単位の種類によって異なるが、10モル%〜99.99モル%が好ましい。上限値は、99.9モル%が好ましく、99モル%がより好ましく、95モル%がさらに好ましく、90モル%がさらに好ましく、85モル%がさらに好ましく、80モル%がさらに好ましく、60モル%がさらにより好ましい。下限値は、15モル%がより好ましく、20モル%がさらに好ましく、40モル%がさらにより好ましい。(B)の単位が式(IV)の単位である場合、下限値は、50モル%が好ましく、60モル%がより好ましく、80モル%がさらにより好ましい。 Moreover, although content of the unit of (B) changes with kinds of unit of (B), 10 mol%-99.99 mol% are preferable. The upper limit is preferably 99.9 mol%, more preferably 99 mol%, further preferably 95 mol%, further preferably 90 mol%, further preferably 85 mol%, further preferably 80 mol%, and 60 mol%. Is even more preferred. The lower limit is more preferably 15 mol%, further preferably 20 mol%, and still more preferably 40 mol%. When the unit of (B) is a unit of formula (IV), the lower limit is preferably 50 mol%, more preferably 60 mol%, and even more preferably 80 mol%.
(A)の単位と(B)の単位とを含むコポリマーが、式(I)の単位と式(II)の単位とからなるコポリマーである場合、例えば、γ−メチル−L−グルタミン酸(15〜85モル%)/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸(15〜85モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/γ−ドデシル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/γ−ドデシル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(30〜70モル%)/γ−2,2,2−トリフルオロエチル−L−グルタミン酸(30〜70モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/γ−2−ノルボニルメチル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)共重合体、またはγ−ベンジル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/γ−2−ノルボニルメチル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)共重合体が好ましい。 When the copolymer containing the unit of (A) and the unit of (B) is a copolymer composed of the unit of formula (I) and the unit of formula (II), for example, γ-methyl-L-glutamic acid (15 to 85 mol%) / γ-hexyl-L-glutamic acid (15-85 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (40-60 mol%) / γ-dodecyl-L-glutamic acid (40-60 mol) %) Copolymer, γ-benzyl-L-glutamic acid (40-60 mol%) / γ-dodecyl-L-glutamic acid (40-60 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (30-70) Mol%) / γ-2,2,2-trifluoroethyl-L-glutamic acid (30 to 70 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (40 to 60 mol%) / γ-2-no Rubonylmethyl-L-glutami An acid (40 to 60 mol%) copolymer, or γ-benzyl-L-glutamic acid (40 to 60 mol%) / γ-2-norbornylmethyl-L-glutamic acid (40 to 60 mol%) copolymer. preferable.
また、式(I)の単位と式(III)の単位とからなるコポリマーである場合、例えば、γ−メチル−L−グルタミン酸(20〜80モル%)/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(20〜80モル%)共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(40〜60モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/L−フェニルアラニン(40〜60モル%)共重合体、γ−ベンジル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/L−フェニルアラニン(40〜60モル%)共重合体、またはγ−ベンジル−L−グルタミン酸(40〜60モル%)/L−アラニン(40〜60モル%)共重合体が好ましい。In the case of a copolymer comprising the unit of the formula (I) and the unit of the formula (III), for example, γ-methyl-L-glutamic acid (20 to 80 mol%) / N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine (20 to 80 mol%) copolymer, .gamma.-benzyl -L- glutamic acid (40 to 60 mol%) / N epsilon - benzyloxycarbonyl -L- lysine (40-60 mol%) copolymer, .gamma.-methyl -L-glutamic acid (40-60 mol%) / L-phenylalanine (40-60 mol%) copolymer, γ-benzyl-L-glutamic acid (40-60 mol%) / L-phenylalanine (40-60 mol%) ) Copolymer or γ-benzyl-L-glutamic acid (40-60 mol%) / L-alanine (40-60 mol%) copolymer is preferred.
また、式(I)の単位と式(IV)の単位とからなるコポリマーである場合、例えば、γ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル%)/γ−(6−(p−メトキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸(>99モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル%)/γ−(6−(p−ヘキシルカルボニルフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸(>99モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル〜16モル%)/γ−(10−(p−メトキシフェノキシ)−1−デシル)−L−グルタミン酸(84〜>99モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル〜8モル%)/γ−(6−(p−ブトキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸(92〜>99モル%)共重合体、γ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル〜14モル%)/γ−(6−(p−ヘキシルオキシフェノキシ)−1−ヘキシル)−L−グルタミン酸(86〜>99モル%)共重合体、またはγ−メチル−L−グルタミン酸(<1モル〜8モル%)/γ−(6−(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェノキシ)−1−ヘキシル−L−グルタミン酸(92〜>99モル%)共重合体等が好ましい。 In the case of a copolymer comprising the unit of formula (I) and the unit of formula (IV), for example, γ-methyl-L-glutamic acid (<1 mol%) / γ- (6- (p-methoxyphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid (> 99 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (<1 mol%) / γ- (6- (p-hexylcarbonylphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid (> 99 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (<1 mol to 16 mol%) / γ- (10- (p-methoxyphenoxy) -1-decyl) -L- Glutamic acid (84 to> 99 mol%) copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (<1 to 8 mol%) / γ- (6- (p-butoxyphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid (92 to> 99 mol%) Copolymer, γ-methyl-L-glutamic acid (<1 mol to 14 mol%) / γ- (6- (p-hexyloxyphenoxy) -1-hexyl) -L-glutamic acid (86 to> 99 mol%) Γ-methyl-L-glutamic acid (<1 to 8 mol%) / γ- (6- (3,5-bis (trifluoromethyl) phenoxy) -1-hexyl-L-glutamic acid (92 to>) 99 mol%) copolymer is preferred.
ポリα−アミノ酸の分子量は特に限定されないが、ポリα−アミノ酸の圧電性および製膜性の観点から、重量平均分子量(Mw)が1,000〜5,000,000が好ましく、5,000〜2,500,000がより好ましく、10,000〜2,000,000がさらに好ましい。 The molecular weight of the poly α-amino acid is not particularly limited, but the weight average molecular weight (Mw) is preferably 1,000 to 5,000,000, preferably 5,000 to 5,000, from the viewpoint of piezoelectricity and film-forming property of the poly α-amino acid. 2,500,000 is more preferable, and 10,000 to 2,000,000 is more preferable.
ポリα−アミノ酸の調製方法は特に限定されず、自体公知のポリα−アミノ酸の製造方法を採用できる。一般的には、式(I)の単位、式(II)の単位、式(III)の単位、式(IV)の単位、または式(IV)の単位となるN−カルボキシ−α−アミノ酸無水物またはN−カルボキシ−α−アミノ酸誘導体無水物を適宜混合して有機溶剤または水に溶解または懸濁させ、必要に応じてこれに重合開始剤を加えて共重合する方法を挙げることができる。例えば、上記の(A)の単位と(B)の単位とを含むコポリマーを製造する場合、(A)単位となるN−カルボキシ−α−グルタミン酸γ−メチルエステル無水物あるいはN−カルボキシ−α−グルタミン酸γ−ベンジルエステル無水物と、(B)単位となるN−カルボキシ−α−アミノ酸無水物またはN−カルボキシ−α−アミノ酸エステル誘導体無水物を適宜混合して有機溶剤または水に溶解または懸濁させ、必要に応じてこれに重合開始剤を加えて共重合する方法を挙げることができる。また、(B)の単位が式(II)の単位もしくは式(IV)の単位からなるコポリマーを調製する場合、N−カルボキシ−α−グルタミン酸無水物またはN−カルボキシ−α−グルタミン酸γ−エステル無水物を有機溶媒または水に溶解または懸濁させ、必要に応じてこれに重合開始剤を加えて、重合させ、ポリα−グルタミン酸またはポリα−グルタミン酸γ−エステルを調製した後、原料となる特定のアルコール1種もしくは2種以上をポリα−グルタミン酸またはポリα−グルタミン酸γ−エステルのグルタミン酸単位に対して適量加え、必要に応じて触媒を加えて、γ位にエステルを導入し、またはγ位のエステルを変換することで調製する方法を挙げることができる。 The preparation method of poly (alpha) -amino acid is not specifically limited, The manufacturing method of poly (alpha) -amino acid known per se is employable. In general, N-carboxy-α-amino acid anhydrides that are units of formula (I), units of formula (II), units of formula (III), units of formula (IV), or units of formula (IV) Or an N-carboxy-α-amino acid derivative anhydride appropriately mixed and dissolved or suspended in an organic solvent or water, and if necessary, a polymerization initiator may be added thereto for copolymerization. For example, when producing a copolymer containing the above unit (A) and the unit (B), N-carboxy-α-glutamic acid γ-methyl ester anhydride or N-carboxy-α- Glutamic acid γ-benzyl ester anhydride and (B) unit N-carboxy-α-amino acid anhydride or N-carboxy-α-amino acid ester derivative anhydride are mixed as appropriate and dissolved or suspended in an organic solvent or water. And a method in which a polymerization initiator is added thereto for copolymerization as necessary. When preparing a copolymer in which the unit of (B) is composed of the unit of formula (II) or the unit of formula (IV), N-carboxy-α-glutamic acid anhydride or N-carboxy-α-glutamic acid γ-ester anhydride Dissolve or suspend the product in an organic solvent or water, add a polymerization initiator to this if necessary, polymerize it, prepare poly α-glutamic acid or poly α-glutamic acid γ-ester, and then specify the raw material An appropriate amount of one or more alcohols is added to the glutamic acid unit of poly α-glutamic acid or poly α-glutamic acid γ-ester, a catalyst is added if necessary, and an ester is introduced at the γ position, or γ position The method of preparing by converting ester of this can be mentioned.
前記有機溶媒の例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、石油エーテル、1,4−ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トリフルオロ酢酸、酢酸、ギ酸、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、トリフルオロエタン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、ヘキサフルオロアセトン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ピリジン、アセトニトリル、トリメチルアミン、トリエチルアミン、およびトリブチルアミンを挙げることができる。有機溶媒は1種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the organic solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, tetrahydrofuran, diethyl ether, diisopropyl ether, petroleum ether, 1,4-dioxane, benzene, toluene, xylene, hexane, cyclohexane, ethyl acetate, butyl acetate. , Trifluoroacetic acid, acetic acid, formic acid, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, trifluoroethane, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, 2,2,2-trifluoroethanol, hexafluoroacetone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethyl Acetamide, N- methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, pyridine, acetonitrile, may be mentioned trimethylamine, triethylamine, and tributylamine. One or more organic solvents can be used in combination.
前記重合開始剤の例としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,2−シクロヘキサンジアミン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、トルエン−2,4−ジアミン、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、イソホロンジアミン等の一級ジアミン;メチルアミン、エチルアミン、および1−プロピルアミン等の一級モノアミン;メタノールアミン、エタノールアミン、およびジエタノールアミン等のアルコールアミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン、およびジプロピルアミン等の二級アミン;N,N−ジメチルエチレンジアミン、およびN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン等の一級三級ジアミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、およびトリブチルアミン等の三級アミン;ポリエーテルジアミン、およびポリエステルジアミン等のアミノ基含有ポリマー;メタノール、およびエタノール等の一級アルコール;イソプロパノール等の二級アルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、およびヘキサメチレングリコール等のグリコール類;ポリエーテルジオール、およびポリエステルジオール等の水酸基含有ポリマー;チオール類等を挙げることができる。重合開始剤は、1種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the polymerization initiator include ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, 1,4-cyclohexanediamine, 1,2-cyclohexanediamine, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and toluene-2. Primary amines such as methylamine, ethylamine and 1-propylamine; alcohol amines such as methanolamine, ethanolamine and diethanolamine; dimethylamine Secondary amines such as N, N-dimethylethylenediamine, and primary tertiary diamines such as N, N-dimethyl-1,3-propanediamine; Tertiary amines such as ethylene, triethylamine, and tributylamine; amino group-containing polymers such as polyether diamine and polyester diamine; primary alcohols such as methanol and ethanol; secondary alcohols such as isopropanol; ethylene glycol, propylene glycol, 1 , 4-butanediol, and glycols such as hexamethylene glycol; hydroxyl group-containing polymers such as polyether diol and polyester diol; thiols and the like. One or more polymerization initiators can be used in combination.
前記触媒の例としては、塩酸、硫酸、硝酸、p−トルエンスルホン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、カリウムメトキシド、カリウムt−ブトキシド、シアン化カリウム、二酸化炭素、チタン(IV)テトライソプロポキシド、1,3−置換型テトラアルキルジスタンノキサンスズ(IV)錯体、テトラシアノエチレン、4−ジメチルアミノピリジン、およびジフェニルアンモニウムトリフラート−トリメチルシリルクロリドを挙げることができる。触媒は1種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the catalyst include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, p-toluenesulfonic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium methoxide, sodium t-butoxide, potassium methoxide, potassium t-butoxide, potassium cyanide, carbon dioxide, Mention may be made of titanium (IV) tetraisopropoxide, 1,3-substituted tetraalkyldistannoxane tin (IV) complexes, tetracyanoethylene, 4-dimethylaminopyridine, and diphenylammonium triflate-trimethylsilyl chloride. One or more catalysts can be used in combination.
触媒量は、反応により適宜設定されるが一般には、適切な反応時間を実現し、反応後の触媒除去が困難とならない範囲で適宜選択することができ、例えば、使用するアミノ酸無水物のモル数に対して0.0001〜1当量、好ましくは0.01〜0.75当量、より好ましくは0.1〜0.5当量とすることができる。 The amount of catalyst is appropriately set depending on the reaction, but in general, an appropriate reaction time can be realized and can be appropriately selected within the range where it is not difficult to remove the catalyst after the reaction. For example, the number of moles of amino acid anhydride to be used 0.0001 to 1 equivalent, preferably 0.01 to 0.75 equivalent, more preferably 0.1 to 0.5 equivalent.
原料となるアルコールの量は、反応により適宜設定されるが一般には、側鎖の変換が十分に行われ、未反応アルコールの除去が困難とならない範囲で適宜選択することができ、例えば、ポリα−アミノ酸のグルタミン酸単位に対して0.01〜50当量、好ましくは0.1〜25当量、より好ましくは0.15〜20当量とすることができる。 The amount of alcohol used as a raw material is appropriately set depending on the reaction, but in general, it can be appropriately selected within a range in which side chain conversion is sufficiently performed and removal of unreacted alcohol is not difficult. -0.01-50 equivalent with respect to the glutamic acid unit of an amino acid, Preferably it is 0.1-25 equivalent, More preferably, it can be set as 0.15-20 equivalent.
圧電性を示す有機材料を導体部同士の間の隙間に充填または空隙が存在するように配置する方法としては、例えば、図4(a)、(b)に示すように、基板2上に導体部2aやそれに接続された配線回路(図示せず)を形成し、さらにその上に貫通孔3aを有するスペーサー3を積層し、該貫通孔内の底面に導体部2aの上面を露出させておき、この状態で、圧電性を示す有機材料(上記ポリα−アミノ酸など)を含有するインキ(またはペースト)4aを印刷法によって貫通孔3a内に注入するという方法が例示される。
図4(a)、(b)は、スクリーン印刷による充填例を示す模式図であり、スクリーンPに形成された透過口P1が、スペーサー3に形成された貫通孔3aの開口に位置合わせされ、スキージQが矢印の方向に移動してスクリーンを擦り、スクリーンPのインキ4aが透過口P1を通過し、直下の貫通孔3a内に押し込まれている。同図中の波線P2はスクリーンのメッシュを示唆しており、透過口P1内に露出している。
図4(a)の態様では、スクリーンPに形成された透過口P1の形状が、スペーサー3に形成された貫通孔3aの開口形状と一致しており、貫通孔内全体にインキ4aが充填されている。この上に導体部を有する基板が積層されると、図1(a)に示すメンブレンスイッチが得られる。
また、図4(b)の態様では、スクリーンPに形成された透過口P1の形状が、スペーサー3に形成された貫通孔3aの開口形状よりも小さく、導体部2aの上面の特定の領域だけにインキ4aが充填されている。この上に導体部を有する基板が積層されると、図1(c)に示すように、導体部同士の間の特定の領域(例えば、中央領域)だけに圧電性を示す有機材料が充填されたメンブレンスイッチが得られる。
印刷方法は、上記スクリーン印刷のみならず、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷などであってもよい。また、マイクロコンタクトプリンティングやマイクロモルディングなど、ソフトリソグラフィーと呼ばれる技法も印刷法に含まれる。
印刷によって貫通孔内に圧電性を示す有機材料を注入するという方法は、コスト、膜厚制御などの観点からは、好ましい方法である。
また、印刷以外に空隙に圧電材料を注入する方法としては成形・切断した有機圧電材料を接着剤・接着フィルムを介して貼合したり、熱圧着したりする方法、溶融させたものを注入する方法などが挙げられる。For example, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the organic material exhibiting piezoelectricity is filled in the gap between the conductor portions or disposed so that there is a gap. The part 2a and a wiring circuit (not shown) connected thereto are formed, and a
4 (a) and 4 (b) are schematic diagrams showing an example of filling by screen printing, and the transmission port P1 formed in the screen P is aligned with the opening of the through hole 3a formed in the
In the embodiment of FIG. 4A, the shape of the transmission port P1 formed in the screen P matches the opening shape of the through hole 3a formed in the
4B, the shape of the transmission port P1 formed in the screen P is smaller than the opening shape of the through hole 3a formed in the
The printing method may be not only the screen printing but also gravure printing, offset printing, flexographic printing, inkjet printing, and the like. In addition, a technique called soft lithography, such as microcontact printing or micromolding, is also included in the printing method.
A method of injecting an organic material exhibiting piezoelectricity into the through hole by printing is a preferable method from the viewpoint of cost, film thickness control, and the like.
In addition to printing, the piezoelectric material can be injected into the gap by bonding the molded or cut organic piezoelectric material via an adhesive or adhesive film, or by thermocompression bonding, or by injecting a molten material. The method etc. are mentioned.
上記印刷法にポリα−アミノ酸含有インキを用いる場合、インキに使用される有機溶媒としては種々のものを使用でき、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、塩化メチレン、トリクロロエチレン、二塩化エチレン、1,2−ジクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼンなどのクロロ炭化水素系溶媒、パーフルオロ−tert−ブタノール、ヘキサフルオロ−2−メチルイソプロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロパノール等のフッ素含有分岐アルコール系溶媒、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどの含窒素極性溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、アセトフェノン、シクロヘキサノンなどのアルキルケトン系溶媒、安息香酸メチル、安息香酸エーテル、安息香酸ブチルなどの安息香酸エステル系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびソルベントナフサなどの芳香族炭化水素系溶媒、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル系溶媒、メチルセロソルブアセテート、メトキシプロピルアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなどのグリコールエステル系溶媒、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、メチルt−ブチルエーテルなどのエーテル系溶媒、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホンなどのスルホキシド・スルホン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、フェノール、クレゾール、ポリエチレングリコールなどのアルコール・フェノール系溶媒、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン、ノルマルヘプタン、イソオクタン、ノルマルデカンなどの炭化水素系溶媒などが挙げられる。
有機溶媒は1種の溶媒を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
好ましくは、含窒素極性溶媒、炭化水素ケトン系溶媒、安息香酸エステル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒、グリコールエーテル系溶媒、グリコールエステル系溶媒から選択される1種以上である。また、一般的に印刷法では印刷中にインキが乾いて粘度が変化することを避けるために沸点が150℃以上の溶剤を用いることが好ましい。When a poly α-amino acid-containing ink is used in the above printing method, various organic solvents can be used for the ink, such as chloroform, dichloromethane, methylene chloride, trichloroethylene, ethylene dichloride, 1,2-dichloroethane. , Fluorine-containing branched alcohols such as chlorohydrocarbon solvents such as tetrachloroethane and chlorobenzene, perfluoro-tert-butanol, hexafluoro-2-methylisopropanol, 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol Solvents, nitrogen-containing polar solvents such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, alkyl ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, acetophenone, cyclohexanone, benzoic acid Benzoic acid ester solvents such as methyl, benzoic acid ether and butyl benzoate, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene and solvent naphtha, diethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, propylene Glycol ether solvents such as glycol monomethyl ether, methyl cellosolve acetate, methoxypropyl acetate, carbitol acetate, glycol ester solvents such as butyl carbitol acetate, dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, Ether solvents such as 1,3-dioxolane and methyl t-butyl ether, dimethyl sulfoxide, Sulfoxide / sulfone solvents such as dimethylsulfone, alcohol / phenol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, ethylene glycol, propylene glycol, phenol, cresol, polyethylene glycol, normal hexane, cyclohexane, normal heptane, isooctane And hydrocarbon solvents such as normal decane.
One organic solvent may be used alone, or two or more organic solvents may be mixed and used.
Preferably, it is at least one selected from nitrogen-containing polar solvents, hydrocarbon ketone solvents, benzoate solvents, aromatic hydrocarbon solvents, glycol ether solvents, glycol ester solvents. In general, in the printing method, it is preferable to use a solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher in order to prevent the ink from drying and the viscosity from changing during printing.
ポリα−アミノ酸含有インキ中のポリα−アミノ酸の濃度は均一な製膜が達成できれば特に限定されないが、1〜50重量%が好ましく、40〜50重量%がより好ましい。 The concentration of the poly α-amino acid in the poly α-amino acid-containing ink is not particularly limited as long as uniform film formation can be achieved, but is preferably 1 to 50% by weight, and more preferably 40 to 50% by weight.
好ましい圧電性を得るためには、ポリα−アミノ酸含有インキ中には、ポリα−アミノ酸の合成に使用された触媒(例えば、p−トルエンスルホン酸等、上述の触媒が挙げられる)が、ポリα−アミノ酸含有インキ中に実質的に含まれないことが好ましい。残留触媒の濃度は6.0重量%以下が好ましく、1.0重量%以下がより好ましく、0.5重量%以下がさらに好ましく、0.1重量%以下が特に好ましい。 In order to obtain preferable piezoelectricity, in the poly α-amino acid-containing ink, the catalyst used for the synthesis of the poly α-amino acid (for example, the above-mentioned catalyst such as p-toluenesulfonic acid) can be used. It is preferable that the ink is not substantially contained in the α-amino acid-containing ink. The concentration of the residual catalyst is preferably 6.0% by weight or less, more preferably 1.0% by weight or less, further preferably 0.5% by weight or less, and particularly preferably 0.1% by weight or less.
圧電性を示す有機材料を導体部同士の間の隙間に充填または空隙が存在するように配置する他の方法としては、圧電性を示す有機材料からなるフィルムを所定の外形および所定の厚さに形成し、接着剤層を介して導体層に貼付するという方法が挙げられる。 As another method of filling the gap between the conductor portions with an organic material exhibiting piezoelectricity or having a void, a film made of an organic material exhibiting piezoelectricity has a predetermined outer shape and a predetermined thickness. The method of forming and sticking to a conductor layer through an adhesive bond layer is mentioned.
本発明のメンブレンスイッチは、本発明の効果が発揮される範囲で、上述した以外の他の部材を任意で加えることができる。例えば、一方の基板の外面におもて面用フィルムをさらに積層し、他方の基板の外面に裏面用フィルムをさらに積層する態様や、外界からのノイズを遮断するシールド用の導体層を一方または両方の基板の外面に付与する態様が挙げられ、各層同士の間には接着剤層を適宜介在させることができる。
また、加飾層を設けて表面をその用途によってデコレーションしたり、封止層を設けて耐久性の向上を目指したり、接着層をさらに設けておき、本発明のメンブレンスイッチを用いた種々の製品の組立て等に、該接着層を利用しても良い。In the membrane switch of the present invention, other members than those described above can be optionally added within the range where the effects of the present invention are exhibited. For example, an aspect in which a front film is further laminated on the outer surface of one substrate and a back film is further laminated on the outer surface of the other substrate, or a shield conductor layer that blocks noise from the outside is provided The aspect provided to the outer surface of both the board | substrates is mentioned, Between each layer, an adhesive bond layer can be interposed suitably.
Various products using the membrane switch of the present invention can be provided with a decorative layer to decorate the surface according to its use, or a sealing layer to improve durability, or an adhesive layer can be further provided. The adhesive layer may be used for assembling and the like.
本発明のメンブレンスイッチは種々のセンサーと組み合わせて使用することができる。例えば温度、加速度、放射線などのセンサーと組み合わせると、複数の情報を同時にセンシングすることが可能になる上に、温度などの情報を本発明のスイッチの出力の補正に用いることもできる。 The membrane switch of the present invention can be used in combination with various sensors. For example, when combined with sensors such as temperature, acceleration, and radiation, a plurality of pieces of information can be sensed simultaneously, and information such as temperature can also be used for correcting the output of the switch of the present invention.
本発明のメンブレンスイッチを種々の物品に適用することによって、即ち、当該メンブレンスイッチを種々の物品の表層に沿って配置(表面に現れる配置、表面に現れない配置を含む)することによって、外部から加えられた圧力に応じた信号を発する機能が付与された物品が得られる。また、圧電性を示す部分の材料として上記有機材料を用いているので、既存のスイッチやセンサーと比較すると安価で大面積の作成が可能となる。
これは、既存のキーボード、マウス、タッチパネル、マイクなどとは異なり、まったく新しい形態の、人とコンピュータのインターフェースとなりえ、幅広い用途での応用が期待される。
例えば、ロボットの表面に使用すれば、何かが触れたことや触れた強さに応じた各部の信号が得られるので、該ロボットに触覚を付与することができる人口皮膚となる。スマートフォンやタブレット端末、PC本体にあるタッチパネルの代わりとして使用すれば、既存のタッチパネルでは、タッチしているXとYの座標しか信号として得られないが、本発明のメンブレンスイッチを用いればタッチしている強さを信号としてコンピュータに伝えることができる。By applying the membrane switch of the present invention to various articles, that is, by arranging the membrane switch along the surface layer of various articles (including arrangements that appear on the surface and arrangements that do not appear on the surface), An article provided with a function of generating a signal corresponding to the applied pressure is obtained. In addition, since the above organic material is used as a material for the portion exhibiting piezoelectricity, it is possible to produce a large area at a lower cost than existing switches and sensors.
Unlike existing keyboards, mice, touch panels, microphones, etc., this can be a completely new form of human-computer interface and is expected to be used in a wide range of applications.
For example, if it is used on the surface of a robot, a signal of each part corresponding to the touch of something or the strength of the touch can be obtained, so that artificial skin can be given to the robot. If used as an alternative to a touch panel on a smartphone, tablet terminal, or PC body, the existing touch panel can only obtain the touched X and Y coordinates as a signal, but if the membrane switch of the present invention is used, the touch You can tell the computer the strength that is.
また、ベッド、マット、イス(ソファー、車イス、乗り物(自動車、鉄道車両、航空機など)の座席部をも含む)などの荷重を受ける部分の表層に沿って当該メンブレンスイッチを配置すれば、使用者から受ける荷重の分布に応じた各部の信号が得られるので、面内の分布荷重を可視化することが可能になり、体圧の測定が可能となり褥瘡の防止などが可能となる。また、圧力センサーの数字を解析することで脈拍や呼吸などをセンシングすることが可能となり体調等をデータ化することが可能となる。
前記のような用途のために、外部機器として、表示装置、プリンター、入力装置などを備えたコンピュータと適宜接続してもよい。
以下に、より具体的な応用例を挙げる。
ベッド、マット、イス、シート等の支持体面に、微小振動を検出するセンサー素子を複数配設し、生体の脈拍(心拍)、呼吸、体動などの生体信号の強度分布を測定する種々の測定装置が知られている。本発明のメンブレンスイッチは、このような測定装置においてベッド等に配置される1以上のセンサー素子の替りに用いてよい。各センサー素子の替りに用いた当該メンブレンスイッチから得られる信号は、適宜、電圧変換、デジタル変換を行い、生体信号として処理を行えばよい。また、当該メンブレンスイッチの出力から所定の周波数帯域の生体信号を抽出するためのフィルタや、各スイッチ部分ごとの生体信号の強度値を演算する演算部を適宜設け、当該メンブレンスイッチに含まれる各スイッチ部分の配置と、前記強度値とを対応付けて、強度分布を生成してもよい。
前記のようなベッドやイスは、ソファーベッドや病院のベッドのように、姿勢変更式(平坦なベッドから、背もたれ部などを持った形態へと折り曲げて変更し得る構成)であってよい。また、その場合、それぞれの姿勢に応じて、複数配設された各スイッチ部分から得られる生体信号に重み付けをすれば、該生体信号をより精度良く抽出することができる。このように、本発明のメンブレンスイッチをセンサー素子の替りに用いる場合には、種々の信号処理を適宜に加えてもよい。
また、心拍や脈拍に関する振動信号は微小であるため、外部からの振動ノイズによって、心拍が検出困難な場合がある。このような問題に対して、本発明によるメンブレンスイッチの各スイッチ部分を、2以上、ベッド等に配置し、生体振動を全ての各スイッチ部分で検知する構成とする。このとき、振動ノイズも各スイッチ部分によって振動要素として検出される。しかし、呼吸、心拍、体動の生体振動は、全てのセンサー素子で同じタイミングであるため、各センサー素子からの共通情報である呼吸、心拍、体動の発生タイミングを見ることで、外部からの振動ノイズを演算により効果的に排除することもできる。
以上のように、本発明を圧力センサーの替りに用いることによって、ベッド、マット、シート等の支持体面に分布する生体信号の強度分布を好ましく測定し得る装置が得られる。In addition, if the membrane switch is placed along the surface layer of a load-bearing part such as a bed, mat, chair (sofa, wheelchair, vehicle (including cars, railcars, aircraft, etc.) seats) Since the signal of each part according to the distribution of the load received from the person can be obtained, the in-plane distributed load can be visualized, the body pressure can be measured, and pressure ulcers can be prevented. In addition, by analyzing the numbers of the pressure sensor, it is possible to sense a pulse, respiration, and the like, and it is possible to convert physical condition and the like into data.
For the use as described above, an external device may be appropriately connected to a computer including a display device, a printer, an input device, and the like.
Below, more specific application examples are given.
Various sensors that measure the intensity distribution of biological signals such as the pulse (heartbeat), breathing, and body movement of a living body by arranging multiple sensor elements that detect minute vibrations on the support surface such as a bed, mat, chair, and seat The device is known. The membrane switch of the present invention may be used in place of one or more sensor elements arranged on a bed or the like in such a measuring apparatus. A signal obtained from the membrane switch used in place of each sensor element may be appropriately converted into a voltage and digital and processed as a biological signal. Each switch included in the membrane switch is appropriately provided with a filter for extracting a biological signal in a predetermined frequency band from the output of the membrane switch and an arithmetic unit for calculating the intensity value of the biological signal for each switch part. The intensity distribution may be generated by associating the arrangement of the portions with the intensity value.
The bed and chair as described above may be of a posture changing type (a configuration that can be folded and changed from a flat bed to a form having a backrest portion) like a sofa bed or a hospital bed. In this case, if the biological signals obtained from a plurality of switch portions arranged according to each posture are weighted, the biological signals can be extracted with higher accuracy. As described above, when the membrane switch of the present invention is used instead of the sensor element, various signal processing may be appropriately added.
Further, since the vibration signal related to the heartbeat and the pulse is very small, the heartbeat may be difficult to detect due to external vibration noise. With respect to such a problem, two or more switch portions of the membrane switch according to the present invention are arranged on a bed or the like, and a biological vibration is detected by all the switch portions. At this time, vibration noise is also detected as a vibration element by each switch portion. However, the biological vibrations of breathing, heartbeat, and body movement are the same timing for all sensor elements, so by looking at the timing of breathing, heartbeat, and body movement that is common information from each sensor element, Vibration noise can be effectively eliminated by calculation.
As described above, by using the present invention instead of the pressure sensor, an apparatus capable of preferably measuring the intensity distribution of the biological signal distributed on the support surface such as a bed, mat, or sheet can be obtained.
さらに、足圧測定シート(足の裏のどの領域部分がどれほどの荷重を地面に伝えているかを測定するシート)、歯の噛み合わせ測定器(上下の歯の間に挟んで噛むことによって、どの歯がどれほどの圧縮荷重を対象物に作用させているかを測定するシート)など、当該メンブレンスイッチのシート状の形態をそのまま利用して物品を構成することによって、シート状の圧力測定器を構成することが可能になる。
いずれの場合も、当該メンブレンスイッチをシート状の感圧ヘッド部として機能するように用い、外部の計測装置によって各導体部間の電流の変化や静電容量の変化を測定し得るように構成すればよい。
さらにまた、本発明のメンブレンスイッチは、圧電式加速度センサ、ジャイロセンサ等、圧電素子を用いることが知られている各種センサに、圧電素子の代替品として用いることができる。
さらにまた本発明のメンブレンスイッチを種々の物品の表層に沿って配置(表面に現れる配置、表面に現れない配置を含む)することによって、外部から加えられた圧力に応じて生じる電圧等を利用した発電装置、エネルギーハーベスティング装置(微小なエネルギーを集めて電力等にする装置)等の物品も得られる。
さらにまた本発明のメンブレンスイッチを種々の物品の表層に沿って配置(表面に現れる配置、表面に現れない配置を含む)することによって、外部から加えられた電圧等の電気信号に応じて生じる駆動力等を利用したアクチュエーター等の物品も得られる。
本発明のメンブレンスイッチには、エネルギーハーベスティングなど従来のメンブレンスイッチの延長では考えられなかった用途も期待される。本発明のメンブレンスイッチで発生した電荷を整流回路に通したのちコンデンサなどに蓄電すれば、そのエネルギーが利用可能になる。蓄えられた電気エネルギーは、当該メンブレンスイッチに接続される各種回路を駆動するための電源として利用可能であり、外部電源、電池が不要の自己発電型センサーを構成することが可能となる。また、当該メンブレンスイッチと組み合わせて使用される各種センサーの電源としても利用可能である。In addition, a foot pressure measurement sheet (a sheet that measures how much load is transferred to the ground by which area of the sole of the foot), and a tooth meshing measuring instrument (by pinching between the upper and lower teeth, and which bite A sheet-like pressure measuring device is constructed by constructing an article using the sheet-like form of the membrane switch as it is, such as a sheet for measuring how much compression load is applied to the object by the teeth. It becomes possible.
In either case, the membrane switch is used so as to function as a sheet-like pressure-sensitive head, and can be configured to measure changes in current and capacitance between each conductor using an external measuring device. That's fine.
Furthermore, the membrane switch of the present invention can be used as a substitute for a piezoelectric element in various sensors known to use a piezoelectric element such as a piezoelectric acceleration sensor and a gyro sensor.
Furthermore, by arranging the membrane switch of the present invention along the surface layer of various articles (including the arrangement that appears on the surface and the arrangement that does not appear on the surface), the voltage generated according to the pressure applied from the outside is utilized. Articles such as a power generation device and an energy harvesting device (a device that collects minute energy into electric power or the like) are also obtained.
Furthermore, the membrane switch according to the present invention is arranged along the surface layer of various articles (including the arrangement that appears on the surface and the arrangement that does not appear on the surface), thereby driving generated in response to an electrical signal such as an externally applied voltage. Articles such as actuators utilizing force and the like are also obtained.
The membrane switch of the present invention is expected to have applications that could not be considered by extension of conventional membrane switches such as energy harvesting. If the charge generated by the membrane switch of the present invention is passed through a rectifier circuit and then stored in a capacitor or the like, the energy can be used. The stored electrical energy can be used as a power source for driving various circuits connected to the membrane switch, and a self-power generation sensor that does not require an external power source and a battery can be configured. It can also be used as a power source for various sensors used in combination with the membrane switch.
以下に実験例等を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実験例等に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following experimental examples, but the scope of the present invention is not limited to the following experimental examples.
以下、実施例を示して本発明をより詳しく説明するが、本発明は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited by the Example described below.
[ポリα−アミノ酸の合成]
合成例1:γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸共重合体の合成
(ステップ1)ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸の合成
1,2−ジクロロエタン410ml(関東化学社製)にN−カルボキシ−γ−メチル−L−グルタミン酸無水物(54.92g、293.45mmol)を入れた後、0℃まで冷却し、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(366μl、2.93mmol、関東化学社製)を加え、25℃で1日間攪拌を行い、ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸を得た。下記の方法(測定法1)で重量平均分子量Mwを測定した。重量平均分子量Mwは1.9×104であった。
(ステップ2)ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸の側鎖置換反応(エステル交換反応)
上記で調製したポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸9.3gを1,2−ジクロロエタン45mlに溶解させ、1−ヘキサノール(16ml、130.00mmol、東京化成工業社製)ならびにp−トルエンスルホン酸1水和物(1.24g、6.50mmol、東京化成工業社製)を加え、80℃で1日間攪拌してエステル交換反応を行い、γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸共重合体を得た。得られた共重合体について、下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)でエステル交換反応後の重合体の組成を測定した。[Synthesis of poly α-amino acid]
Synthesis Example 1: Synthesis of γ-methyl-L-glutamic acid / γ-hexyl-L-glutamic acid copolymer (Step 1) Synthesis of poly-γ-methyl-L-glutamic acid 410 ml of 1,2-dichloroethane (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) ), N-carboxy-γ-methyl-L-glutamic anhydride (54.92 g, 293.45 mmol) was added, cooled to 0 ° C., and N, N-dimethyl-1,3-propanediamine as an initiator (366 μl, 2.93 mmol, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 day to obtain poly-γ-methyl-L-glutamic acid. The weight average molecular weight Mw was measured by the following method (measurement method 1). The weight average molecular weight Mw was 1.9 × 10 4 .
(Step 2) Side chain substitution reaction (transesterification reaction) of poly-γ-methyl-L-glutamic acid
9.3 g of the poly-γ-methyl-L-glutamic acid prepared above was dissolved in 45 ml of 1,2-dichloroethane, and 1-hexanol (16 ml, 130.00 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and p-
合成例2〜3、5〜6、8〜13:各種ポリα−アミノ酸の合成
合成例1と同様の方法により、ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸を得た後、1,2−ジクロロエタンに溶解させ、表1(導入アルコールの欄)に示すアルコールをポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸のグルタミン酸単位に対して適量加え、触媒量のp−トルエンスルホン酸1水和物を加え、1〜5日間攪拌を行う手順により、各種ポリα−アミノ酸(共重合体)を得た。得られた共重合体について、下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)でエステル交換反応後の重合体の組成を測定した。Synthesis Examples 2-3, 5-6, 8-13: Synthesis of various poly α-amino acids After obtaining poly-γ-methyl-L-glutamic acid by the same method as in Synthesis Example 1, it was converted to 1,2-dichloroethane. Dissolve and add an appropriate amount of the alcohol shown in Table 1 (introduction alcohol column) to the glutamic acid unit of poly-γ-methyl-L-glutamic acid, add a catalytic amount of p-toluenesulfonic acid monohydrate, Various poly α-amino acids (copolymers) were obtained by the procedure of stirring for 5 days. About the obtained copolymer, the weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (measurement method 1). Further, the composition of the polymer after the transesterification reaction was measured by the following method (Measurement Method 2).
合成例4:γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−ドデシル−L−グルタミン酸共重合体の合成
(ステップ1)ポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸の合成
1,2−ジクロロエタン265ml(関東化学社製)にN−カルボキシ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸無水物(44.2g、167.98mmol)と開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(208.2μl、1.68mmol)を加え、25℃で3日間攪拌を行い、ポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸を得た。下記の方法(測定法1)で重量平均分子量Mwを測定した。重量均分子量Mwは2.2×104であった。
(ステップ2)ポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸の側鎖置換反応(エステル交換反応)
上記で調製したポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸(10g、45.6mmol)を1,2−ジクロロエタン170mlに溶解させ、1−ドデカノール(10.2ml、45.6mmol、東京化成工業社製)ならびにp−トルエンスルホン酸1水和物(2.6g、13.68mmol)を加え、65℃で1日間攪拌を行い、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−ドデシル−L−グルタミン酸共重合体を得た。得られた共重合体について、下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)でエステル交換反応後の重合体の組成を測定した。Synthesis Example 4: Synthesis of γ-benzyl-L-glutamic acid / γ-dodecyl-L-glutamic acid copolymer (Step 1) Synthesis of poly-γ-benzyl-L-glutamic acid 265 ml of 1,2-dichloroethane (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) ) With N-carboxy-γ-benzyl-L-glutamic anhydride (44.2 g, 167.98 mmol) and N, N-dimethyl-1,3-propanediamine (208.2 μl, 1.68 mmol) as an initiator. In addition, the mixture was stirred at 25 ° C. for 3 days to obtain poly-γ-benzyl-L-glutamic acid. The weight average molecular weight Mw was measured by the following method (measurement method 1). The weight average molecular weight Mw was 2.2 × 10 4 .
(Step 2) Side chain substitution reaction (transesterification reaction) of poly-γ-benzyl-L-glutamic acid
Poly-γ-benzyl-L-glutamic acid (10 g, 45.6 mmol) prepared above was dissolved in 170 ml of 1,2-dichloroethane, 1-dodecanol (10.2 ml, 45.6 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and p-Toluenesulfonic acid monohydrate (2.6 g, 13.68 mmol) was added, and the mixture was stirred at 65 ° C. for 1 day to obtain a γ-benzyl-L-glutamic acid / γ-dodecyl-L-glutamic acid copolymer. It was. About the obtained copolymer, the weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (measurement method 1). Further, the composition of the polymer after the transesterification reaction was measured by the following method (Measurement Method 2).
合成例7:γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−2−ノルボニルメチル−L−グルタミン酸共重合体の合成
合成例4と同様の方法によりポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸を得た後、1,2−ジクロロエタンに溶解させ、ポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸のグルタミン酸単位に対して、当量のノルボルナン−2−メタノール(東京化成工業社製)と触媒量のp−トルエンスルホン酸1水和物を加え、65℃で4日間攪拌を行い、γ−ベンジル−L−グルタミン酸/γ−2−ノルボニルメチル−L−グルタミン酸共重合体を得た。得られた共重合体について、下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)でエステル交換反後の重合体の組成を測定した。Synthesis Example 7: Synthesis of γ-benzyl-L-glutamic acid / γ-2-norbornylmethyl-L-glutamic acid copolymer After obtaining poly-γ-benzyl-L-glutamic acid by the same method as in Synthesis Example 4, It is dissolved in 1,2-dichloroethane, and an equivalent amount of norbornane-2-methanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and a catalytic amount of p-toluenesulfonic acid per water with respect to the glutamic acid unit of poly-γ-benzyl-L-glutamic acid. The hydrate was added and stirred at 65 ° C. for 4 days to obtain a γ-benzyl-L-glutamic acid / γ-2-norbornylmethyl-L-glutamic acid copolymer. About the obtained copolymer, the weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (measurement method 1). Further, the composition of the polymer after the transesterification reaction was measured by the following method (Measurement Method 2).
合成例14:γ−メチル−L−グルタミン酸/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン共重合体の合成
1,2−ジクロロエタン130mlにNα−カルボキシ−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン無水物(4.02g、13.12mmol)ならびにN−カルボキシ−γ−メチル−L−グルタミン酸無水物(2.46g、13.12mmol)を入れ、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(32.78μl、0.262mmol)を加え、25℃で1日間攪拌を行い、γ−メチル−L−グルタミン酸/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン共重合体を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Example 14: Synthesis of γ-methyl-L-glutamic acid / N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine copolymer N α -carboxy-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine anhydrous in 130 ml of 1,2-dichloroethane Product (4.02 g, 13.12 mmol) and N-carboxy-γ-methyl-L-glutamic anhydride (2.46 g, 13.12 mmol) were added, and N, N-dimethyl-1,3-propane was used as an initiator. Diamine (32.78 μl, 0.262 mmol) was added and stirred at 25 ° C. for 1 day to obtain a γ-methyl-L-glutamic acid / N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine copolymer. The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
合成例15〜18:各種コポリマーの合成
合成例14と同様にして、1,2−ジクロロエタンに表2に示す2種のN−カルボキシ−L−アミノ酸無水物(成分A、成分B)を等モルずつ入れ、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミンをアミノ酸無水物に対して1/100当量分加え、2〜3日間攪拌を行い、各種ポリアミノ酸共重合体を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Examples 15 to 18: Synthesis of various copolymers In the same manner as in Synthesis Example 14, 1,2-dichloroethane was equimolar with two N-carboxy-L-amino acid anhydrides (component A and component B) shown in Table 2. 1/100 equivalent amount of N, N-dimethyl-1,3-propanediamine as an initiator was added to the amino acid anhydride and stirred for 2 to 3 days to obtain various polyamino acid copolymers. The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
合成例19:γ−メチル−L−グルタミン酸(68%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンブロック(32%)共重合体合成
1,2−ジクロロエタン20mlにN−カルボキシ−γ−メチル−L−グルタミン酸無水物(5.00g、26.72mmol)を入れた後、0℃まで冷却し、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(66.80μl、0.534mmol)を加え、25℃で1日間攪拌を行った後、再び0℃まで冷却し、1,2−ジクロロエタン20mlを加えた後、Nα−カルボキシ−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン無水物(4.09g、13.36mmol)を添加して、25℃で1日間攪拌を行い、γ−メチル−L−グルタミン酸−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンブロック共重合体を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Example 19: [gamma] -methyl-L-glutamic acid (68%)-N [ epsilon] -benzyloxycarbonyl-L-lysine block (32%) copolymer synthesis N-carboxy- [gamma] -methyl- in 20 ml of 1,2-dichloroethane After adding L-glutamic anhydride (5.00 g, 26.72 mmol), the mixture was cooled to 0 ° C., and N, N-dimethyl-1,3-propanediamine (66.80 μl, 0.534 mmol) was used as an initiator. In addition, after stirring at 25 ° C. for 1 day, the mixture was cooled again to 0 ° C., 20 ml of 1,2-dichloroethane was added, and then N α -carboxy-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine anhydride (4 0.09 g, 13.36 mmol) was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 day, and γ-methyl-L-glutamic acid-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysate was added. A gin block copolymer was obtained. The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
合成例20:γ−メチル−L−グルタミン酸(41%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(18%)−γ−メチル−L−グルタミン酸(41%)ブロック共重合体の合成
合成例19と同様にして、γ−メチル−L−グルタミン酸−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンブロック共重合体を得た後、再び0℃まで冷却し、1,2−ジクロロエタン10mlを加えた後、N−カルボキシ−γ−メチル−L−グルタミン酸無水物(5.00g、26.72mmol)を添加して、25℃で2日間攪拌を行い、γ−メチル−L−グルタミン酸−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン−γ−メチル−L−グルタミン酸ブロック共重合体を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Example 20: Synthesis of γ-methyl-L-glutamic acid (41%)-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine (18%)-γ-methyl-L-glutamic acid (41%) block copolymer Synthesis Example After obtaining γ-methyl-L-glutamic acid-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine block copolymer in the same manner as in No. 19, the mixture was cooled again to 0 ° C. and 10 ml of 1,2-dichloroethane was added. , N-carboxy-γ-methyl-L-glutamic anhydride (5.00 g, 26.72 mmol) was added and stirred at 25 ° C. for 2 days, and γ-methyl-L-glutamic acid-N ε -benzyloxy was added. A carbonyl-L-lysine-γ-methyl-L-glutamic acid block copolymer was obtained. The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
合成例21:γ−ベンジル−L−グルタミン酸(50%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(50%)ブロック共重合体(低分子量体)の合成
1,2−ジクロロエタン10mlにN−カルボキシ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸無水物(1.00g、3.80mmol)を入れた後、0℃まで冷却し、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(9.56μl、0.076mmol)を加え、25℃で1日間攪拌を行った後、再び0℃まで冷却し、Nα−カルボキシ−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン無水物(1.16g、3.80mmol)を添加して、25℃で1日間攪拌を行い、γ−ベンジル−L−グルタミン酸−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンブロック共重合体(低分子量体)を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Example 21 Synthesis of γ-benzyl-L-glutamic acid (50%)-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine (50%) block copolymer (low molecular weight) N-to 10 ml of 1,2-dichloroethane Carboxy-γ-benzyl-L-glutamic anhydride (1.00 g, 3.80 mmol) was added, and then cooled to 0 ° C., and N, N-dimethyl-1,3-propanediamine (9.56 μl) was used as an initiator. 0.076 mmol) and stirred at 25 ° C. for 1 day, and then cooled again to 0 ° C., and N α -carboxy-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine anhydride (1.16 g, 3. 80 mmol), and stirred at 25 ° C. for 1 day. A γ-benzyl-L-glutamic acid-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine block copolymer (low content) A dimer). The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
合成例22:γ−ベンジル−L−グルタミン酸(53%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(47%)ブロック共重合体(高分子量体)の合成
1,2−ジクロロエタン10mlにN−カルボキシ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸無水物(1.00g、3.80mmol)を入れた後、0℃まで冷却し、開始剤としてN,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン(0.48μl、3.8μmol)を加え、25℃で1日間攪拌を行った後、再び0℃まで冷却し、Nα−カルボキシ−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン無水物(1.16g、3.80mmol)を添加して、25℃で3日間攪拌を行い、γ−ベンジル−L−グルタミン酸−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンブロック共重合体(高分子量体)を得た。下記の方法(測定法1)で共重合体の重量平均分子量Mwを測定した。また、下記の方法(測定法2)で共重合体の組成を測定した。Synthesis Example 22 Synthesis of γ-benzyl-L-glutamic acid (53%)-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine (47%) block copolymer (high molecular weight) N-to 10 ml of 1,2-dichloroethane Carboxy-γ-benzyl-L-glutamic anhydride (1.00 g, 3.80 mmol) was added, and then cooled to 0 ° C., and N, N-dimethyl-1,3-propanediamine (0.48 μl) was used as an initiator. 3.8 μmol) was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 1 day, then cooled again to 0 ° C., and N α -carboxy-N ε -benzyloxycarbonyl-L-lysine anhydride (1.16 g, 3. 80 mmol) was added and the resulting mixture was being stirred 3 days at 25 ° C., .gamma.-benzyl -L- glutamic acid -N epsilon - benzyloxycarbonyl -L- lysine block copolymer (high molecular weight ) Was obtained. The weight average molecular weight Mw of the copolymer was measured by the following method (Measurement Method 1). Moreover, the composition of the copolymer was measured by the following method (measurement method 2).
[ポリアミノ酸の物性測定]
測定法1:重量平均分子量の測定方法
重量平均分子量Mwはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定した。具体的には、分析カラム装置(昭和電工社製、Shodex K−802ならびにK−806M)をGPC用分析装置(日立社製、LaChrom Elite)に取り付け、別途調製した測定溶液を10〜80μl注入し、溶離液流速:1ml/分、カラム保持温度:40℃の条件にて測定を行った。測定溶液は、ポリアミノ酸濃度が0.25〜3.0%(w/v)となるようにクロロホルムに溶解させた後、フィルター濾過を行うことで調製した。得られたピークの保持時間と別途測定した較正用ポリスチレン(昭和電工社製、Shodex STANDARD SM−105)のピークの保持時間を比較することで、重量平均分子量Mwを算出した。[Measurement of physical properties of polyamino acids]
Measuring method 1: Measuring method of weight average molecular weight The weight average molecular weight Mw was measured using gel permeation chromatography (GPC). Specifically, an analytical column device (Showa Denko, Shodex K-802 and K-806M) is attached to a GPC analyzer (Hitachi, LaChrom Elite), and 10 to 80 μl of a separately prepared measurement solution is injected. The eluent flow rate was 1 ml / min, and the column holding temperature was 40 ° C. The measurement solution was prepared by dissolving in chloroform so that the polyamino acid concentration would be 0.25 to 3.0% (w / v), followed by filter filtration. The weight average molecular weight Mw was calculated by comparing the retention time of the obtained peak with the retention time of a separately measured polystyrene for calibration (Shodex STANDARD SM-105, manufactured by Showa Denko KK).
測定法2:エステル交換反応後の共重合体の組成測定方法
サンプル十数mgを重クロロホルムもしくは重トリフルオロ酢酸に溶解した後、1H核磁気共鳴スペクトル(1HNMR、BRUKER社、400MHz)を分析し、エステル交換前後もしくは共重合時のアミノ酸のα位のプロトンのピーク面積を比較することで、組成を算出した。測定例を以下に示す。Measurement method 2: Composition measurement method of copolymer after transesterification reaction After dissolving 10 mg of sample in deuterated chloroform or deuterated trifluoroacetic acid, 1 H nuclear magnetic resonance spectrum ( 1 HNMR, BRUKER, 400 MHz) was analyzed. The composition was calculated by comparing the peak areas of protons at the α-position of the amino acid before and after transesterification or during copolymerization. A measurement example is shown below.
γ−メチル−L−グルタミン酸/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸共重合体の組成測定
合成した共重合体10mgを重トリフルオロ酢酸に溶解し、1HNMRを測定したところ、3.8ppm付近にγ−メチル−L−グルタミン酸のメチル基由来ピークが、また4.7ppm付近にγ−メチル−L−グルタミン酸およびγ−ヘキシル−L−グルタミン酸のα位のプロトンに由来するピークが検出された。3.8ppm付近のピーク面積をA、4.7ppm付近のピーク面積をBとするとA/B=1.17であった。ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸の場合は、A/B=3.00であることから、減少分だけヘキシル基に置換していると考えられる。従って、ヘキシル基の含有率は、1.83/3.00=0.61から61%となる。故に共重合体の組成は、γ−メチル−L−グルタミン酸(39%)/γ−ヘキシル−L−グルタミン酸(61%)となる。Composition measurement of γ-methyl-L-glutamic acid / γ-hexyl-L-
γ−ベンジル−L−グルタミン酸/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン共重合体の組成測定
合成した共重合体10mgを重トリフルオロ酢酸に溶解し、1HNMRを測定したところ、5.1ppm付近にNε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンのベンジル基およびγ−ベンジル−L−グルタミン酸のベンジル基由来ピークが、また4.7ppm付近にγ−ベンジル−L−グルタミン酸、4.4ppm付近にNε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジンのα位のプロトンに由来するピークが検出された。5.1ppm、4.7ppm、4.4ppm付近のピーク面積をそれぞれA、B、CとするとA/B=4.00、A/C=4.00、B/C=1.00であった。B、Cはともにプロトン1個分の面積を表しているので、共重合体の組成はγ−ベンジル−L−グルタミン酸(50%)/Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(50%)となる。Composition measurement of γ-benzyl-L-glutamic acid / N ε -benzyloxycarbonyl-L-
上記2例に示したとおり、γ−メチル−L−グルタミン酸を含む場合は、メチル基とα位のピーク面積、γ−ベンジル−L−グルタミン酸を含む場合は、ベンジル基とα位のピーク面積を比較することでエステル交換反応後の共重合体の組成を算出することができる。 As shown in the above two examples, when γ-methyl-L-glutamic acid is included, the peak area at the methyl group and α-position, and when γ-benzyl-L-glutamic acid is included, the peak area at the benzyl group and α-position By comparing, the composition of the copolymer after the transesterification reaction can be calculated.
評価法3:圧電性の測定
合成例1、3、4、6、7、15、19、20、21、22のポリα−アミノ酸の圧電性を確認した。
電極としてITO(酸化インジウムスズ)を蒸着したポリエチレンテレフタレート(PET)基板(厚み:125±5μm、縦:18mm、横:12mm)上に、圧電体膜として、ポリα―アミノ酸溶液から適当な溶媒を使用し、キャスト法によりポリマー薄膜を作製した。この薄膜を、ITO電極を蒸着したPET基板で挟み込むことで素子を作製し、作製した素子に負荷(約6kg)をかけた際に発現する起電力を、KEITHLEY社製のソースメータを用いて室温(20℃)で測定した。Evaluation Method 3: Measurement of Piezoelectricity The piezoelectric properties of the poly α-amino acids of Synthesis Examples 1, 3, 4, 6, 7, 15, 19, 20, 21, and 22 were confirmed.
On a polyethylene terephthalate (PET) substrate (thickness: 125 ± 5 μm, length: 18 mm, width: 12 mm) on which ITO (indium tin oxide) is deposited as an electrode, a suitable solvent from a poly α-amino acid solution is used as a piezoelectric film. A polymer thin film was prepared by casting. An element is manufactured by sandwiching this thin film with a PET substrate on which an ITO electrode is deposited, and an electromotive force generated when a load (about 6 kg) is applied to the manufactured element is measured at room temperature using a source meter manufactured by KEITHLEY. (20 ° C).
なお、使用した、ポリ−γ−メチル−L−グルタミン酸(Mw:3.3×104)、ポリ−γ−ベンジル−L−グルタミン酸(Mw:3.8×104)は、シグマアルドリッチ社から商業的に入手可能である。 Poly-γ-methyl-L-glutamic acid (Mw: 3.3 × 104) and poly-γ-benzyl-L-glutamic acid (Mw: 3.8 × 104) used were commercially available from Sigma-Aldrich. Is available.
表4より、本願のポリアミノ酸は圧電性を有することが示されている。 Table 4 shows that the polyamino acid of the present application has piezoelectricity.
[配合例1:ポリアミノ酸インキの作成]
合成例21で作成したγ−ベンジル−L−グルタミン酸(50%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(50%)ブロック共重合体を過剰量のエーテルに添加して再沈殿を行い、沈殿を真空ポンプにて終夜乾燥を行った。得られたγ−ベンジル−L−グルタミン酸(50%)−Nε−ベンジルオキシカルボニル−L−リジン(50%)ブロック共重合体の固体36重量部、シリカ粒子4重量部、カルビトールアセテート30重量部、γ−ブチルラクトン30重量部をあわとり練太郎ARE−310(株式会社シンキー製)にて均一になるまで5〜30分程度攪拌した。これを3本ロールにて混合することによりポリアミノ酸インキを作成した。[Formulation Example 1: Preparation of polyamino acid ink]
The γ-benzyl-L-glutamic acid (50%)-Nε-benzyloxycarbonyl-L-lysine (50%) block copolymer prepared in Synthesis Example 21 was added to an excess amount of ether for reprecipitation, followed by precipitation. Was dried overnight with a vacuum pump. 36 parts by weight of solid of the obtained γ-benzyl-L-glutamic acid (50%)-Nε-benzyloxycarbonyl-L-lysine (50%) block copolymer, 4 parts by weight of silica particles, 30 parts by weight of carbitol acetate Then, 30 parts by weight of γ-butyllactone was stirred for about 5 to 30 minutes using Awatori Nertaro ARE-310 (manufactured by Sinky Corporation) until uniform. A polyamino acid ink was prepared by mixing this with three rolls.
使用した成分の詳細は以下の通りである。
シリカ粒子:日本アエロジル製、商品名「RY−200」、粒子径比表面積:100m2/g
カルビトールアセテート(EDGAc):関東化学社製
γ−ブチルラクトン(GBL):純正化学製Details of the components used are as follows.
Silica particles: Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name “RY-200”, particle diameter specific surface area: 100 m 2 / g
Carbitol acetate (EDGAc): manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. γ-Butyllactone (GBL): Pure Chemical
[作製例1:メンブレンスイッチの作製]
以下の作製法に基づいて図1(a)に示すメンブレンスイッチを作製した。
厚さ50μ、1辺100mmの正方形のポリイミドフィルム(東レ・デュポン株式会社製「カプトン(登録商標)200H」)を基板として用い、該基板の面上の中央に導電性銀ペースト(トーヨーケム株式会社製「RA FS 059」)を用いて、1つの正方形(1辺25mm)の導体部と、該導体部に接続された幅500μmの配線回路を形成した。より詳細には、前記導電性銀ペーストを、スクリーン印刷法を用いてポリイミドフィルム上に導体部と配線回路を描くように堆積させ、150℃で5分間乾燥した後、250℃で5分間焼成して導体層とした。焼成後の導体部と配線回路のそれぞれの厚さの実測値はいずれも8μmであった。
前記の基板は、2枚を対向させるために、1つのサンプルについて同じ構成のものを2枚作成した。本例では、導体部と配線回路が単純な形状であるため、2枚の基板の構成は互いに同一となっているが、一方の基板上の(導体部、配線回路)と、他方の基板上の(導体部、配線回路)とは、合わせたときに一致するよう互いに鏡像的に対応する関係にある。
上記2枚の基板の一方に、導体部の4辺と並行に、かつ、該導体部の外周縁部を全周にわたって幅1mmだけ覆うように、粘着剤層付きポリイミドテープ(東レ・デュポン株式会社製「カプトンテープ」、厚さ100μm)を4枚貼り付けて、該導体部の周囲を取り囲みスペーサーとした。これは、スペーサーを別部材として形成し貼り付ける場合を想定した試作用の形成方法であって、貫通孔をプレスで打ち抜く場合を模したものである。
導体部の外形が1辺25mmの正方形であるのに対して、4枚のポリイミドテープによって囲まれて形成された中央の貫通孔の開口形状は、1辺23mmの正方形となっている。
上記基板のスペーサーの該貫通孔に、上記合成例21で合成したポリアミノ酸溶液(溶媒:1,2−ジクロロエタン、溶液濃度12.8%(w/w))を、そのまま200μL滴下して、該貫通孔内を該溶液で充填し、常温にて1日乾燥して溶剤を除去し、圧電性を示す有機材料の層を形成した。
スペーサーと圧電性を示す有機材料を形成した基板の上に、初めに作成した他方の基板を導体部が下となるように重ね、基板の外周縁部を両面粘着テープで固定し、本発明のメンブレンスイッチを得た。
試験用として、前記の製造手順にて、同じ構成のサンプルを計4個作製した。[Production Example 1: Fabrication of membrane switch]
A membrane switch shown in FIG. 1A was produced based on the following production method.
A square polyimide film with a thickness of 50 μm and a side of 100 mm (“Kapton (registered trademark) 200H” manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) was used as a substrate, and a conductive silver paste (manufactured by Toyochem Co., Ltd.) in the center on the surface of the substrate. “RA FS 059”) was used to form one square (25 mm per side) conductor part and a wiring circuit having a width of 500 μm connected to the conductor part. More specifically, the conductive silver paste is deposited on the polyimide film using a screen printing method so as to draw a conductor and a wiring circuit, dried at 150 ° C. for 5 minutes, and then baked at 250 ° C. for 5 minutes. To obtain a conductor layer. The measured value of the thickness of each of the conductor part and the wiring circuit after firing was 8 μm.
In order to make two said board | substrates oppose, two sheets of the same structure were produced about one sample. In this example, since the conductor part and the wiring circuit have a simple shape, the configurations of the two boards are the same, but on one board (conductor part, wiring circuit) and on the other board (Conductor portion, wiring circuit) are in a mirror-image-corresponding relationship with each other so as to coincide with each other.
A polyimide tape with an adhesive layer (Toray DuPont Co., Ltd.) on one of the two substrates so as to be parallel to the four sides of the conductor portion and to cover the outer peripheral edge portion of the conductor portion with a width of 1 mm over the entire circumference. 4 sheets of “Kapton tape” (100 μm thick) were pasted to surround the conductor portion and serve as a spacer. This is a prototype forming method assuming a case where a spacer is formed and attached as a separate member, and is a case where a through hole is punched out by a press.
While the outer shape of the conductor portion is a square with a side of 25 mm, the opening shape of the central through hole formed by being surrounded by four polyimide tapes is a square with a side of 23 mm.
200 μL of the polyamino acid solution (solvent: 1,2-dichloroethane, solution concentration 12.8% (w / w)) synthesized in Synthesis Example 21 was dropped into the through hole of the spacer of the substrate as it was, The inside of the through hole was filled with the solution and dried at room temperature for 1 day to remove the solvent, thereby forming a layer of organic material exhibiting piezoelectricity.
On the substrate on which the spacer and the organic material exhibiting piezoelectricity are formed, the other substrate prepared first is overlapped so that the conductor portion is below, and the outer peripheral edge of the substrate is fixed with a double-sided adhesive tape. A membrane switch was obtained.
For testing purposes, a total of four samples having the same configuration were produced by the above-described manufacturing procedure.
尚、合成例1、3、4、6、7、15、19、20、22のポリアミノ酸溶液の場合も、作製例1と同様に、それぞれ表5の溶液を貫通孔に充填して、本発明のメンブレンスイッチを得る。 In the case of the polyamino acid solutions of Synthesis Examples 1, 3, 4, 6, 7, 15, 19, 20, and 22, as in Production Example 1, the solutions shown in Table 5 were filled in the through holes, respectively. An inventive membrane switch is obtained.
[作製例2:メンブレンスイッチの作製]
(上基板(第1の基板)、下基板(第2の基板)に共通の工程)
銅箔付きポリイミド(パナソニック株式会社製「FELIOS フィルム25μm−銅箔9μm」)にドライフィルムレジスト(ニチゴー・モートン株式会社製「ALPHO NIT4015」)を用いてサブトラクティブ法にて導体部(1辺25mm)と配線パターンを形成した。
ドライフィルムレジスト(ニチゴー・モートン株式会社製「ALPHO NIT4015」)を用いて、導体部の表面および配線部の端部(最後にコネクター部になる場所)以外をめっき用のレジストとして覆い、導体部表面および配線部の端部に無電解Niめっき(厚さ3μm)を施し、さらにその上に電界Auめっき(厚さ0.03μm)を施し、2層構造の導体部、配線部を得た。
ドライフィルムを剥離した後、フレキシブル基板用のソルダーレジストインキ(味の素ファインテクノ株式会社製「AE−70−M11」)を印刷することでスペーサーを作成した(硬化後の最終厚さが、ポリイミド基板の上面から20μm、Au層の上面から8μmとなるように材料を配置した)。
また、上記作成例1と同様に、導体部の外形を1辺25mmの正方形としたのに対して、レジストインキにて囲まれて形成された中央の貫通孔の開口形状は、1辺23mmの正方形とした。即ち、該レジストインキは、導体部の外周縁を全周にわたって幅1mmだけ覆っている。
レジストインキは100℃で30分加熱して溶剤を揮発させて半硬化の状態とした。
(下基板(第2の基板)のみの工程)
半硬化したレジストインキで形成した開口内に配合例1で作成したポリアミノ酸インキを硬化後の最終厚さが10μmとなるようにスクリーン印刷にて形成した。これを150℃で30分加熱することでポリアミノ酸インキの溶剤を揮発させると同時にレジストインキの本硬化を行った。
(第1、第2の基板の貼り合わせ)
上記(上基板(第1の基板)、下基板(第2の基板)に共通の工程)で得られた第1の基板と、上記(下基板(第2の基板)のみの工程)で得られた第2の基板とを、熱ロールラミネーターにて貼り合せた。
その後、両基板のそれぞれの配線を導通させるべき部分には、ACFを介在させ、アイロンを用いて貼り合せて、両配線同士を導通させた。これを150℃で30分加熱することで、半硬化であった第1の基板のレジストインキ、ACFの本硬化を行った。[Production Example 2: Fabrication of membrane switch]
(Process common to upper substrate (first substrate) and lower substrate (second substrate))
Conductor part (1 side 25mm) by subtractive method using dry film resist ("ALHO NIT4015" manufactured by Nichigo Morton Co., Ltd.) on polyimide with copper foil ("FELIOS film 25μm-copper foil 9μm" manufactured by Panasonic Corporation) And a wiring pattern was formed.
Using dry film resist ("ALPHON NIT4015" manufactured by Nichigo-Morton Co., Ltd.), cover the surface of the conductor part except the surface of the conductor part and the end part of the wiring part (the place where it will finally become the connector part) as the resist for plating. And the electroless Ni plating (
After peeling off the dry film, a spacer was created by printing a solder resist ink for flexible substrates (“AE-70-M11” manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.). The material was arranged so that it was 20 μm from the upper surface and 8 μm from the upper surface of the Au layer).
Further, as in the case of Preparation Example 1, the outer shape of the conductor portion was a square with a side of 25 mm, whereas the opening shape of the central through hole formed surrounded by the resist ink had a side of 23 mm. It was a square. That is, the resist ink covers the outer peripheral edge of the conductor portion by a width of 1 mm over the entire circumference.
The resist ink was heated at 100 ° C. for 30 minutes to volatilize the solvent to a semi-cured state.
(Process for the lower substrate (second substrate) only)
The polyamino acid ink prepared in Formulation Example 1 was formed by screen printing so that the final thickness after curing was 10 μm in the opening formed with the semi-cured resist ink. This was heated at 150 ° C. for 30 minutes to volatilize the solvent of the polyamino acid ink and simultaneously perform the main curing of the resist ink.
(Lamination of the first and second substrates)
Obtained by the first substrate obtained in the above (process common to the upper substrate (first substrate) and the lower substrate (second substrate)) and the above (step of only the lower substrate (second substrate)). The obtained 2nd board | substrate was bonded together with the hot roll laminator.
Then, ACF was interposed in the part which should make each wiring of both boards conductive, and it bonded together using the iron, and made both wirings conduct. By heating this at 150 ° C. for 30 minutes, the resist ink of the first substrate, which was semi-cured, ACF was fully cured.
評価法1:メンブレンスイッチに荷重を加えて得られる信号の評価
卓上型精密万能試験機(株式会社島津製作所製「AGS−Xシリーズ」、使用ロードセル10N)を用いて、上記作製例1で得られたメンブレンスイッチの4つのサンプルに対して、それぞれ、直径20mmの円盤を介して導体部の中央に荷重を加え、荷重の増大に伴って変化する導体部同士の間の静電容量の値を測定した。
静電容量の測定では、LCRメータ(アジレントテクノロジー株式会社製「4284AプレシジョンLCRメータ」)を用い、測定周波数30Hzにて、荷重0.5〜7.5Nの間で荷重を変化させて複数点の静電容量を測定した。
[作成例1]のメンブレンスイッチについて加えた荷重に対する静電容量の傾きを最小二乗法で計算したところ0.55pF/N、相関係数を計算したところ平均0.98であった。これにより、静電容量の変化を電気信号として取り出せば、当該メンブレンスイッチに作用した力と強い相関関係を持った信号が得られることが分かった。Evaluation Method 1: Evaluation of Signal Obtained by Applying Load to Membrane Switch Obtained in Preparation Example 1 using a desktop precision universal testing machine (“AGS-X Series” manufactured by Shimadzu Corporation, load cell 10N used) For each of the four membrane switch samples, a load was applied to the center of the conductor via a disk with a diameter of 20 mm, and the value of the capacitance between the conductors that changed as the load increased was measured. did.
In the capacitance measurement, an LCR meter (“4284A Precision LCR Meter” manufactured by Agilent Technologies, Inc.) is used, and the load is changed between a load of 0.5 to 7.5 N at a measurement frequency of 30 Hz. Capacitance was measured.
When the slope of the electrostatic capacitance with respect to the load applied to the membrane switch of [Preparation Example 1] was calculated by the method of least squares, it was 0.55 pF / N, and the average of the correlation coefficient was 0.98. As a result, it was found that if a change in capacitance is taken out as an electric signal, a signal having a strong correlation with the force acting on the membrane switch can be obtained.
本発明のメンブレンスイッチは、従来のメンブレンスイッチとは異なり、圧力に応じた信号を得ることが可能であるため、キーボード、スイッチなどに新しい機能を付与できる。
また、非常に安価に大面積の圧力測定基板を供給できるようになるため、体圧や足圧分布の測定、歯科用の圧力センサー、自動車の座席の人感センサー、呼吸や脈拍のスキャナー、ゲーム機やスマートフォンのインターフェース、玩具用のセンサーなど、従来のメンブレンスイッチとは異なり医療、介護、ヘルスケアにおいて民生用から産業用まで幅広い分野での利用が期待される。
さらにエネルギーハーベスティングなど従来のメンブレンスイッチの延長にはない新しい用途も期待される。Unlike the conventional membrane switch, the membrane switch of the present invention can obtain a signal corresponding to the pressure, so that a new function can be given to a keyboard, a switch, and the like.
In addition, because it is possible to supply a large-area pressure measurement board at a very low cost, body pressure and foot pressure distribution measurements, dental pressure sensors, human seat sensors, breathing and pulse scanners, games Unlike conventional membrane switches, such as machine and smartphone interfaces and toy sensors, it is expected to be used in a wide range of fields from consumer to industrial use in medical, nursing and healthcare.
In addition, new applications such as energy harvesting that are not an extension of conventional membrane switches are also expected.
1 第1の基板
1a 第1の導体部
2 第2の基板
2a 第2の導体部
3 スペーサー
3a 貫通孔
4 圧電性を示す有機材料DESCRIPTION OF
Claims (30)
前記隙間に、圧電性を示す有機材料が充填されているか、または、
前記隙間に、圧電性を示す有機材料が、該有機材料と一方の導体部との間に空隙が存在するように配置されている、
メンブレンスイッチ。A first conductor portion is provided on the first substrate, a second conductor portion is provided on the second substrate, and the conductor portions are opposed to each other with a gap therebetween. Having a structure in which the second substrate is laminated via a spacer;
The gap is filled with an organic material exhibiting piezoelectricity, or
In the gap, an organic material exhibiting piezoelectricity is disposed such that a gap exists between the organic material and one conductor portion.
Membrane switch.
前記複数の導体部同士が互いに隙間をおいて対向し複数の導体部対が配列された構造となるように、第1の基板と第2の基板とがスペーサーを介して積層されており、各導体部対の導体部同士の間の隙間に圧電性を示す有機材料が充填されているかまたは空隙が存在するように配置されている、請求項1に記載のメンブレンスイッチ。A plurality of first conductor portions are provided in a predetermined arrangement pattern on the first substrate, and a plurality of second conductor portions are provided in an arrangement pattern corresponding to the arrangement pattern on the second substrate,
The first substrate and the second substrate are laminated via a spacer so that the plurality of conductor portions face each other with a gap and a plurality of conductor portion pairs are arranged, The membrane switch according to claim 1, wherein a gap between the conductor portions of the conductor portion pair is filled with an organic material exhibiting piezoelectricity or disposed so that a gap exists.
(a)自体圧電性を有する有機圧電体、
(b)自体が圧電性を有する有機圧電体を母材とし、その内部に自体が圧電性を有する他の材料からなるフィラーが分散することによって、全体として該母材自体の圧電性とは異なる圧電性を示す有機材料となっている複合材料、または、
(c)圧電性を有しない有機材料を母材としその内部に自体が圧電性を有する材料からなるフィラーが分散することによって、全体として圧電性を示す有機材料となっている複合材料
から選択される1種以上のものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のメンブレンスイッチ。An organic material that exhibits piezoelectricity
(A) an organic piezoelectric body having piezoelectricity itself,
(B) By using an organic piezoelectric body having piezoelectricity as a base material, and fillers made of other materials having the piezoelectricity itself dispersed therein, the piezoelectricity of the base material itself is different as a whole. Composite materials that are organic materials that exhibit piezoelectricity, or
(C) An organic material having no piezoelectricity is used as a base material, and a filler made of a material having piezoelectricity is dispersed therein, so that it is selected from composite materials that are organic materials that exhibit piezoelectricity as a whole. The membrane switch according to any one of claims 1 to 6, wherein the membrane switch is one or more types.
下記の式(I)で表される単位、
下記の式(II)で表される単位、
下記の式(III)で表される単位、
下記の式(IV)で表される単位、および
下記の式(V)で表される単位
から選択される1種または2種以上の単位を含有するポリα−アミノ酸である、請求項8記載のメンブレンスイッチ。
式(I):
式(II):
式(III):
式(IV):
式(V):
A unit represented by the following formula (I):
A unit represented by the following formula (II):
A unit represented by the following formula (III):
The poly α-amino acid containing a unit represented by the following formula (IV) and one or more units selected from the unit represented by the following formula (V): Membrane switch.
Formula (I):
Formula (II):
Formula (III):
Formula (IV):
Formula (V):
(A)式(I)で表される1種以上の単位と、
(B)式(II)で表される単位、式(III)で表される単位および式(IV)で表される単位から選択される1種以上の単位と
を含有するポリα−アミノ酸である、請求項10記載のメンブレンスイッチ。Poly alpha-amino acid is
(A) one or more units represented by formula (I);
(B) a poly α-amino acid containing a unit represented by formula (II), a unit represented by formula (III), and one or more units selected from units represented by formula (IV) The membrane switch according to claim 10.
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